DE102007003472A1

DE102007003472A1 - Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung und Verbrennungssteuervorrichtung für eine damit ausgestattete Gasturbine

Info

Publication number: DE102007003472A1
Application number: DE102007003472A
Authority: DE
Inventors: Kentaro Takasago Jujii; Kozo Takasago Toyama
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2027-01-25
Also published as: CN101079199B; CN101079199A; JP2007309279A; DE102007003472A8; US7756626B2; JP4831820B2; DE102007003472B4; US20070271024A1

Abstract

Eine Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung ist so konfiguriert, dass sie eine aktuelle Verbrennungsgastemperatur TIT an einem Einlass einer Gasturbine durch lineare Interpolation mittels zweier Kennlinien A und B berechnet, die jeweils Beziehungen zwischen einem Druckverhältnis und einer Abgastemperatur in den Fällen der Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine bei 1400°C und 1500°C darstellen, um anschließend den idealen MW, welcher dieser Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine entspricht, durch lineare Interpolation gemäß dem 1400°CMW und 1500°CMW (temperaturgesteuerten MW) zu berechnen und dann den 1400°CMW und den 1500°CMW so zu korrigieren, dass der ideale MW mit einer gemessenen Gasturbinenausgangsleistung (einer Stromgeneratorausgangsleistung) übereinstimmt.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung und eine Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine mit der Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Eine Gasturbine mit einem Gasturbinenkörper, einer Brennkammer, einem Kompressor, der eine Einlassleitschaufel (ELS) aufweist, und einem Brennstoffströmungsraten-Steuerventil, welches die Brennstoffzufuhr zu der Brennstoffdüse steuert, ist mit einer Verbrennungssteuervorrichtung für die Gasturbine versehen, die so konfiguriert ist, dass sie die Brennstoffzufuhr zu der Brennstoffdüse durch Steuern eines Öffnungsgrads des Brennstoffströmungsraten-Steuerventils steuert, einer ELS-Steuervorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie einen Öffnungsgrad des ELS steuert, usw..
Obwohl Details später beschrieben werden, haben hinsichtlich der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine die Erfinder dieser Erfindung eine Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-266357 offenbart. Die Verbrennungssteuervorrichtung ist in der Lage, ein Brennstoffverhältnis, wie z.B. ein Pilotverhältnis oder einen Öffnungsgrad eines Brennkammer-Bypassventils in Reaktion auf eine Verbrennungsgastemperatur an einem Einlass einer Gasturbine gemäß einem originären Konzept zu steuern, indem ein Verbrennungslastbefehlswert ("combustion load command value" – CLCSO), der proportional zu der Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine ist, berechnet wird. Außerdem haben die Erfinder auch ein Konzept zum Bereitstellen der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine mit einer Lernschaltungsanordnung für eine Gasturbinenausgangsleistung im Hinblick auf eine Verringerung der Gasturbinenausgangsleistung (einer Stromgeneratorausgangsleistung) offenbart, die einer Verschlechterung eines Wirkungsgrads der Gasturbine zuzuschreiben ist, wie z.B. einer Verschlechterung einer Kompressionsleistung eines Kompressors.
Obwohl Details später beschrieben werden, ist diese Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-266357 so konfiguriert, dass sie prüft, ob die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine die maximale Verbrennungsgastemperatur (beispielsweise 1500°C) erreicht, basierend auf einer Abgastemperatur des Gasturbinenkörpers und einem Druckverhältnis des Kompressors. Anschließend vergleicht die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung die Gasturbinenausgangsleistung (die Stromgeneratorausgangsleistung) entsprechend der maximalen Verbrennungsgastemperatur, die von dem Gasturbinenausgangsleistungs-Berechnungsmittel berechnet wird, mit einer gemessenen Gasturbinenausgangsleistung (einer Stromgeneratorausgangsleistung). Dadurch korrigiert die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung die berechnete Gasturbinenausgangsleistung, um sie mit der gemessenen Gasturbinenausgangsleistung in Übereinstimmung zu bringen. Zusätzlich zu der japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-266357 umfassen die Dokumente zum Stand der Technik auch die japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2004-190632 und die japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer HEI8 (1996)-246903.
Die in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-266357 offenbarte Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungs anordnung ist jedoch so konfiguriert, dass sie den Lernvorgang nach der Feststellung beginnt, dass die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine die maximale Verbrennungsgastemperatur erreicht (hat), d.h., nach der Prüfung bzw. Feststellung, ob bzw. dass die Gasturbinenausgangsleistung eine Soll-Leistung (eine Nennlast) erreicht hat. Demgemäß kann es zu einer Störung durch einen Befehl von einem zentralen Lastverteilungszentrum kommen, beispielsweise in einem Fall, in dem die Lernschaltungsanordnung auf eine Gasturbine angewandt wird, die für die häufige Durchführung eines Teillastbetriebs konfiguriert ist.
Speziell in einem Fall, in dem die oben beschriebene Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung auf die Verbrennungssteuervorrichtung für die Gasturbine angewandt wird, die oft in einem (Teillast-)Stadium betrieben wird, in dem die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine auf eine niedrigere Temperatur eingestellt ist als die maximale Verbrennungsgastemperatur, ohne die Verbrennungsgastemperatur bis zu der maximalen Verbrennungsgastemperatur anzuheben, besteht ein Risiko, dass eine Korrektur des temperaturgesteuerten MW nicht stattfindet, da der Lernvorgang nie gestartet wird. Da dieser temperaturgesteuerte MW zur Berechnung des CLCSO verwendet wird, kann der CLCSO von der tatsächlichen Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine abweichen, falls der temperaturgesteuerte MW trotz einer Verringerung der Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung), die einer Verschlechterung des Wirkungsgrads der Gasturbine zuzuschreiben ist, nicht korrigiert wird. Wenn die Verbrennungssteuerung basierend auf diesem CLCSO durchgeführt wird, besteht ein Risiko, dass eine Verbrennungsvibration verursacht wird.
Abriss der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde daher in Anbetracht des vorgenannten Umstandes getätigt. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gasturbinenausgangs leistungs-Lernschaltungsanordnung bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Lernvorgang zu starten und eine Korrektur der Gasturbinenausgangsleistung auch im Fall der Durchführung eines Teillastbetriebs vorzunehmen, während eine Verbrennungsgastemperatur an einem Einlass der Gasturbine nicht bis zu der maximalen Verbrennungsgastemperatur gesteigert wird. Außerdem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine bereitzustellen, die mit der Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung versehen ist.
Um die Aufgabe zu erfüllen, ist eine Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung an einer Gasturbine vorgesehen, die einen Gasturbinenkörper, eine Brennkammer und einen Kompressor aufweist. Die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst:
Mittel zum Berechnen einer ersten Abgastemperatur, die einem gemessenen Druckverhältnis entspricht, gemäß einer ersten Kennlinie, welche eine Beziehung zwischen dem Druckverhältnis des Kompressors und einer Abgastemperatur des Gasturbinenkörpers darstellt, wenn eine Verbrennungsgastemperatur an einem Einlass der Gasturbine auf eine erste Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine eingestellt ist,
Mittel zum Berechnen einer zweiten Abgastemperatur, die einem gemessenen Druckverhältnis entspricht, gemäß einer zweiten Kennlinie, die eine Beziehung zwischen dem Druckverhältnis und der Abgastemperatur darstellt, wenn die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine auf eine zweite Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine eingestellt ist, die höher ist als die erste Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine,
Mittel zum Berechnen einer dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, die dem gemessenen Druckverhältnis und einer gemessenen Abgastemperatur entspricht, durch lineare Interpolation gemäß der ersten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, der zweiten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, der ersten Abgastemperatur, der zweiten Abgastemperatur und der gemessenen Abgastemperatur,
Mittel zum Berechnen einer dritten Gasturbinenausgangsleistung, die der dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine entspricht, durch lineare Interpolation gemäß einer ersten Gasturbinenausgangsleistung entsprechend der ersten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, und einer zweiten Gasturbinenausgangsleistung entsprechend der zweiten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, die durch ein Gasturbinenausgangsleistungs-Berechnungsmittel, der ersten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, der zweiten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine und der dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine berechnet werden, und
Mittel zum Korrigieren der ersten Gasturbinenausgangsleistung und der zweiten Gasturbinenausgangsleistung, die zum Berechnen der dritten Gasturbinenausgangsleistung benutzt werden, durch Vergleichen der dritten Gasturbinenausgangsleistung mit einer gemessenen Gasturbinenausgangsleistung, um die dritte Gasturbinenausgangsleistung mit der gemessenen Gasturbinenausgangsleistung in Übereinstimmung zu bringen.
Man beachte, dass die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung entweder ein Lernstart-Beurteilungsmittel zum Feststellen, dass die gemessene Gasturbinenausgangsleistung nicht geringer als ein korrigierter Wert (ein Anfangswert) der ersten Gasturbinenausgangsleistung entsprechend der ersten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine ist, oder ein Lernstart-Beurteilungsmittel zum Feststellen, dass eine Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine entsprechend dem gemessenen Druckverhältnis des Kompressors, der Abgastemperatur des Gasturbinenkörpers und der ersten Kennlinie erreicht. Der Lernvorgang durch diese Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung kann nach der Feststellung beginnen, dass die gemessene Gasturbinenausgangsleistung nicht kleiner ist als der korrigierte Wert (der Anfangswert) der Gasturbinenausgangsleistung, oder nach der Feststellung durch irgendeines der Lernstart-Beurteilungsmittel, dass die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine die erste Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine erreicht hat.
Ferner kann zusätzlich zu den oben beschriebenen Beurteilungen bzw. Feststellungen das Lernstart-Beurteilungsmittel auch so konfiguriert sein, dass es feststellt, ob ein Zustand, in dem eine Abweichung (eine Lastabweichung in dem Messwert der Gasturbinenausgangsleistung (einer Stromgeneratorausgangsleistung)) entweder fehlt oder kontinuierlich für eine bestimmte Zeitspanne in einem vorbestimmten Bereich bleibt. Das Lernstart-Beurteilungsmittel ist vorzugsweise so konfiguriert, dass es den Lernvorgang nach der vorgenannten Beurteilung bzw. Feststellung beginnt, sowie nach der Feststellung, dass der Zustand, in dem die Abweichung (die Lastabweichung) in der Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) entweder fehlt oder kontinuierlich für eine bestimmte Zeitspanne innerhalb des vorbestimmten Bereichs bleibt.
Hierbei ist eine Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung gekennzeichnet durch die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung gemäß dem ersten Aspekt, wobei
das Mittel zum Korrigieren der ersten Gasturbinenausgangsleistung und der zweiten Gasturbinenausgangsleistung so konfiguriert ist, dass es die erste Gasturbinenausgangsleistung und die zweite Gasturbinenausgangsleistung durch Berechnen eines Korrekturkoeffizienten, während der Durchführung einer Proportional-Integral-Operation oder einer Integral-Operation einer Abweichung zwischen der dritten Gasturbinenausgangsleistung und der gemessenen Gasturbinen ausgangsleistung, sowie durch Multiplizieren jeder der ersten Gasturbinenausgangsleistung und der Gasturbinenausgangsleistung mit diesem Korrekturkoeffizienten korrigiert.
Hierbei ist eine Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung nach einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung gekennzeichnet durch die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung gemäß dem dritten Aspekt, die ferner umfasst:
Mittel zum Gewichten der Abweichung zwischen der dritten Gasturbinenausgangsleistung und der gemessenen Gasturbinenausgangsleistung, um einen gewichteten Koeffizienten zu erhöhen, der für die Multiplikation der Abweichung verwendet wird, in Reaktion auf eine Zunahme eines Verbrennungslastbefehlswerts, um die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, die von einem Verbrennungslastbefehlswert-Berechnungsmittel berechnet wird, dimensionslos zu gestalten, sowie Mittel zum Gewichten der Abweichung, um den gewichteten Koeffizienten zu erhöhen, der für die Multiplikation der Abweichung verwendet wird, in Reaktion auf eine Zunahme der dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine.
Hierbei ist eine Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine nach einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung an einer Gasturbine angebracht, die mit einem Gasturbinenkörper, einer Brennkammer mit einer Vielzahl von Brennstoffdüsentypen, einem mit einer Einlassleitschaufel versehenen Kompressor und einer Vielzahl von Brennstoffströmungsraten-Steuerventilen zum jeweiligen Steuern von Brennstoffzufuhren zu den mehreren Typen der Brennstoffdüsen versehen ist. Die Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist so konfiguriert, dass sie die Brennstoffzufuhren zu den mehreren Typen der Brennstoffdüsen durch Steuern von Öffnungsgraden der Brennstoffströmungsraten-Steuerventile steuert. Die Verbrennungssteuervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: ein Gasturbinenausgangsleistungs-Berechnungsmittel zum Berechnen einer ersten Gasturbinenausgangsleistung entsprechend einer ersten Verbrennungsgastemperatur an einem Einlass der Gasturbine, einer zweiten Gasturbinenausgangsleistung entsprechend einer zweiten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, die höher ist als die erste Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, und einer vierten Gasturbinenausgangsleistung entsprechend einer vierten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, die niedriger ist als die zweite Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, gemäß einer Einlasslufttemperatur des Kompressors und einem Öffnungsgrad der Einlassleitschaufel, und ein Verbrennungslastbefehlswert-Berechnungsmittel zum Berechnen eines Verbrennungslastbefehlswerts, um die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine gemäß der zweiten Gasturbinenausgangsleistung, der vierten Gasturbinenausgangsleistung und einer gemessenen Gasturbinenausgangsleistung durch lineare Interpolation dimensionslos zu machen, wobei die Verbrennungssteuervorrichtung die Brennstoffzufuhren zu den mehreren Typen von Brennstoffdüsen steuert, indem Verhältnisse von jeweils den mehreren Typen von Brennstoffdüsen zuzuführenden Brennstoffen gemäß dem von dem Verbrennungslastbefehlswert-Berechnungsmittel berechneten Verbrennungslastbefehlswert bestimmt werden, und indem Öffnungsgrade der Brennstoffströmungsraten-Steuerventile gemäß den Brennstoffverhältnissen gesteuert werden. Außerdem ist die Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung aufweist, die umfasst:
Mittel zum Berechnen einer ersten Abgastemperatur, die einem gemessenen Druckverhältnis entspricht, gemäß einer ersten Kennlinie, die eine Beziehung zwischen dem Druckverhältnis des Kompressors und einer Abgastemperatur des Gasturbinenkörpers darstellt, wenn eine Verbrennungsgastemperatur an einem Einlass der Gasturbine auf eine erste Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine auf die erste Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine eingestellt wird, Mittel zum Berechnen einer zweiten Abgastemperatur, die einem gemessenen Druckverhältnis entspricht, gemäß einer zweiten Kennlinie, die eine Beziehung zwischen dem Druckverhältnis und der Abgastemperatur darstellt, wenn die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine auf die zweite Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine eingestellt wird, Mittel zum Berechnen einer dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, die dem gemessenen Druckverhältnis und einer gemessenen Abgastemperatur entspricht, durch lineare Interpolation gemäß der ersten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, der zweiten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, der ersten Abgastemperatur, der zweiten Abgastemperatur und der gemessenen Abgastemperatur, Mittel zum Berechnen einer dritten Gasturbinenausgangsleistung, die der dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine entspricht, durch lineare Interpolation gemäß einer ersten Gasturbinenausgangsleistung entsprechend der ersten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine und der zweiten Gasturbinenausgangsleistung entsprechend der zweiten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, die durch ein Gasturbinenausgangsleistungs-Berechnungsmittel berechnet werden, der ersten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, der zweiten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine und der dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, und Mittel zum Korrigieren der ersten Gasturbinenausgangsleistung und der zweiten Gasturbinenausgangsleistung, die zum Berechnen der dritten Gasturbinenausgangsleistung benutzt werden, um die dritte Gasturbinenausgangsleistung mit der gemessenen Gasturbinenausgangsleistung in Übereinstimmung zu bringen, durch Vergleichen der dritten Gasturbinenausgangsleistung mit einer gemessenen Gasturbinenausgangsleistung, und wobei die von der Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung korrigierte zweite Gasturbinenausgangsleistung zum Berechnen des Verbrennungslastbefehlswerts durch das Verbrennungslastbefehlswert-Berechnungsmittel verwendet wird.
Ferner ist die Verbrennungssteuervorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die von der Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung korrigierte zweite Gasturbinenausgangsleistung zum Berechnen des Verbrennungslastbefehlswerts durch das Verbrennungslastbefehlswert-Berechnungsmittel verwendet wird.
Eine Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine nach einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist durch die Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine nach dem vierten Aspekt gekennzeichnet, bei der das Mittel zum Korrigieren der ersten Gasturbinenausgangsleistung und der zweiten Gasturbinenausgangsleistung in der Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung so konfiguriert ist, dass es die erste Gasturbinenausgangsleistung und die zweite Gasturbinenausgangsleistung durch Berechnen eines Korrekturkoeffizienten korrigiert, während eine Proportional-Integral-Operation oder eine Integral-Operation einer Abweichung zwischen der dritten Gasturbinenausgangsleistung und der gemessenen Gasturbinenausgangsleistung durchgeführt wird, und durch Multiplizieren jeder der ersten Gasturbinenausgangsleistung und der zweiten Gasturbinenausgangsleistung mit diesem Korrekturkoeffizienten.
Eine Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine nach einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch die Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine nach dem fünften Aspekt gekennzeichnet, die ferner umfasst: ein Mittel zum Gewichten einer Abweichung zwischen der dritten Gasturbinenausgangsleistung und der gemessenen Gasturbinenausgangsleistung, um einen gewichteten Koeffizienten zu erhöhen, der für die Multiplikation der Abweichung verwendet wird, in Reaktion auf eine Zunahme eines Verbrennungslastbefehlswerts, um die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, die von dem Verbrennungslastbefehlswert-Berechnungsmittel berechnet wird, dimensionslos zu gestalten, sowie ein Mittel zum Gewichten der Abweichung, um den gewichteten Koeffizienten zu erhöhen, der für die Multiplikation der Abweichung verwendet wird, in Reaktion auf eine Zunahme der dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine.
Hierbei ist eine Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine nach einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung gekennzeichnet durch die Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine nach einem der vierten bis sechsten Aspekte, wobei die Gasturbine ein Gasturbinen-Bypassmittel zum Umleiten von Druckluft zu der Brennkammer und/oder dem Gasturbinenkörper aufweist, und das Gasturbinenausgangsleistungs-Berechnungsmittel die erste Gasturbinenausgangsleistung, die zweite Gasturbinenausgangsleistung und die vierte Gasturbinenausgangsleistung gemäß der Einlasslufttemperatur des Kompressors, dem Öffnungsgrad der Einlassleitschaufel und einem Turbinen-Bypassverhältnis berechnet, das äquivalent zu einem Verhältnis zwischen einer Gesamtmenge an Druckluft des Kompressors und einer Turbinen-Bypassströmungsrate des Gasturbinen-Bypassmittels ist.
Eine Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine nach einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch die Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine nach einem vierten bis siebten Aspekt, bei der das Gasturbinenausgangsleistungs-Berechnungsmittel die erste Gasturbinenausgangsleistung, die zweite Gasturbinenausgangsleistung und die vierte Gasturbinenausgangsleistung gemäß der Einlasslufttemperatur des Kompressors, dem Öffnungsgrad der Einlassleitschaufel und einem atmosphärischen Druckverhältnis, das äquivalent zu einem Verhältnis zwischen dem Einlassdruck des Kompressors und einem Standard-Atmosphärendruck ist, oder gemäß der Einlasslufttemperatur des Kompressors, dem Öffnungsgrad der Einlassleitschaufel, dem Turbinen-Bypassverhältnis und dem atmosphärischen Druckverhältnis berechnet.
Die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung gemäß dem ersten Aspekt umfasst Mittel zum Berechnen einer ersten Abgastemperatur, die einem gemessenen Druckverhältnis entsprechend einer ersten Kennlinie entspricht, welche eine Beziehung zwischen dem Druckverhältnis des Kompressors und einer Abgastemperatur des Gasturbinenkörpers darstellt, wenn eine Verbrennungsgastemperatur an einem Einlass der Gasturbine auf eine erste Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine eingestellt ist, Mittel zum Berechnen einer zweiten Abgastemperatur entsprechend einem gemessenen Druckverhältnis gemäß einer zweiten Kennlinie, die eine Beziehung zwischen dem Druckverhältnis und der Abgastemperatur darstellt, wenn die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine auf eine zweite Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine eingestellt ist, die höher ist als die erste Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, Mittel zum Berechnen einer dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine entsprechend dem gemessenen Druckverhältnis und einer gemessenen Abgastemperatur durch lineare Interpolation gemäß der ersten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, der zweiten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, der ersten Abgastemperatur, der zweiten Abgastemperatur und der gemessenen Abgastemperatur,
Mittel zum Berechnen einer dritten Gasturbinenausgangsleistung entsprechend der dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine durch lineare Interpolation gemäß einer ersten Gasturbinenausgangsleistung entsprechend der ersten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine und einer zweiten Gasturbinenausgangsleistung entsprechend der zweiten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, die durch ein Gasturbinenausgangsleistungs-Berechnungsmittel berechnet werden, der ersten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, der zweiten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine und der dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, und
Mittel zum Korrigieren der ersten Gasturbinenausgangsleistung und der zweiten Gasturbinenausgangsleistung, die zum Berechnen der dritten Gasturbinenausgangsleistung durch Vergleichen der dritten Gasturbinenausgangsleistung mit einer gemessenen Gasturbinenausgangsleistung benutzt werden, um die dritte Gasturbinenausgangsleistung mit der gemessenen Gasturbinenausgangsleistung in Übereinstimmung zu bringen. Somit ist es auch dann, wenn die zweite Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine gleich der maximalen Verbrennungsgastemperatur ist, beispielsweise möglich, den Lernvorgang zu beginnen und eine Korrektur der Gasturbinenausgangsleistung durchzuführen, wenn ein Teillastbetrieb fortgesetzt wird, ohne die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine bis zu der maximalen Verbrennungsgastemperatur anzuheben.
Dabei ist gemäß der Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung nach dem zweiten Aspekt das Mittel zur Korrektur der ersten Gasturbinenausgangsleistung und der zweiten Gasturbinenausgangsleistung so konfiguriert, dass es die erste Gasturbinenausgangsleistung und die zweite Gasturbinenausgangsleistung durch Berechnen eines Korrekturkoeffizienten während der Durchführung einer Proportional-Integral-Operation oder einer Integral-Operation einer Abweichung zwischen der dritten Gasturbinenausgangsleistung und der gemessenen Gasturbinenausgangsleistung, sowie durch Multiplizieren jeder der ersten Gasturbinenausgangsleistung und der Gasturbinenausgangsleistung mit diesem Korrekturkoeffizienten korrigiert. Somit ist es möglich, die erste Gasturbinenausgangsleistung und die zweite Gasturbinenausgangsleistung einfach und zuverlässig zu korrigieren.
Die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung nach dem dritten Aspekt umfasst ferner Mittel zum Gewichten der Abweichung zwischen der dritten Gasturbinenausgangsleistung und der gemessenen Gasturbinenausgangsleistung, um einen gewichteten Koeffizienten zu erhöhen, der für die Multiplikation der Abweichung verwendet wird, in Reaktion auf eine Zunahme eines Verbrennungslastbefehlswerts, um die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, die von einem Verbrennungslastbefehlswert-Berechnungsmittel berechnet wird, dimensionslos zu gestalten, sowie Mittel zum Gewichten der Abweichung, um den gewichteten Koeffizienten zu erhöhen, der für die Multiplikation der Abweichung verwendet wird, in Reaktion auf eine Zunahme der dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine. Somit ist es möglich, die Gasturbinenausgangsleistung in angemessener Weise in Reaktion auf die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine (d.h. die Gasturbinenausgangsleistung) zu korrigieren und dadurch die Gasturbinenausgangsleistung schnell zu korrigieren, während die Lernzeit hinsichtlich der zweiten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine verringert wird (wie z.B. die maximale Verbrennungsgastemperatur).
Die Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine nach dem vierten Aspekt umfasst Mittel zum Berechnen der ersten Abgastemperatur, die einem gemessenen Druckverhältnis entspricht, gemäß einer ersten Kennlinie, die eine Beziehung zwischen dem Druckverhältnis des Kompressors und einer Abgastemperatur des Gasturbinenkörpers darstellt, wenn eine Verbrennungsgastemperatur an einem Einlass der Gasturbine auf eine erste Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine auf die erste Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine eingestellt wird, Mittel zum Berechnen der zweiten Abgastemperatur, die einem gemessenen Druckverhältnis entspricht, gemäß einer zweiten Kennlinie, die eine Beziehung zwischen dem Druckverhältnis und der Abgastemperatur darstellt, wenn die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine auf die zweite Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine eingestellt wird, Mittel zum Berechnen der dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, die dem gemessenen Druckverhältnis und einer gemessenen Abgastemperatur entspricht, durch lineare Interpolation gemäß der ersten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, der zweiten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, der ersten Abgastemperatur, der zweiten Abgastemperatur und der gemessenen Abgastemperatur, Mittel zum Berechnen der dritten Gasturbinenausgangsleistung, die der dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine entspricht, durch lineare Interpolation gemäß einer ersten Gasturbinenausgangsleistung entsprechend der ersten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine und der zweiten Gasturbinenausgangsleistung entsprechend der zweiten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, die durch ein Gasturbinenausgangsleistungs-Berechnungsmittel berechnet werden, der ersten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, der zweiten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine und der dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, und Mittel zum Korrigieren der ersten Gasturbinenausgangsleistung und der zweiten Gasturbinenausgangsleistung, die zum Berechnen der dritten Gasturbinenausgangsleistung benutzt werden, um die dritte Gasturbinenausgangsleistung mit der gemessenen Gasturbinenausgangsleistung in Übereinstimmung zu bringen durch Vergleichen der dritten Gasturbinenausgangsleistung mit einer gemessenen Gasturbinenausgangsleistung. Somit ist auch dann, wenn die zweite Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine gleich der maximalen Verbrennungsgastemperatur ist, beispielsweise möglich, den Lernvorgang zu beginnen und eine Korrektur der Gasturbinenausgangsleistung bei fortgesetztem Teillastbetrieb durchzuführen, ohne die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine bis zu der maximalen Verbrennungsgastemperatur anzuheben.
Da ferner die durch die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung korrigierte zweite Gasturbinenausgangsleistung zum Berechnen des Verbrennungslastbefehlswerts durch das Verbrennungslastbefehlswert-Berechnungsmittel verwendet wird, ist es möglich, einen genauen Verbrennungslastbefehlswert (CLCSO) entsprechend einer tatsächlichen Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine bei fortgesetztem Teillastbetrieb zu berechnen, ohne die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine bis zur maximalen Verbrennungsgastemperatur anzuheben.
Gemäß der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine nach dem fünften Aspekt ist das Mittel zum Korrigieren der ersten Gasturbinenausgangsleistung und der zweiten Gasturbinenausgangsleistung in der Gasturbinen ausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung so konfiguriert, dass es die erste Gasturbinenausgangsleistung und die zweite Gasturbinenausgangsleistung durch Ermitteln des Korrekturkoeffizienten korrigiert, während die Proportional-Integral-Operation oder die Integral-Operation der Abweichung zwischen der dritten Gasturbinenausgangsleistung und der gemessenen Gasturbinenausgangsleistung durchgeführt wird, und durch Multiplizieren jeder der ersten Gasturbinenausgangsleistung und der zweiten Gasturbinenausgangsleistung mit diesem Korrekturkoeffizienten. Somit ist es möglich, die erste Gasturbinenausgangsleistung und die zweite Gasturbinenausgangsleistung einfach und zuverlässig zu korrigieren. Gemäß der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine nach dem sechsten Aspekt umfasst die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung ein Mittel zum Gewichten einer Abweichung zwischen der dritten Gasturbinenausgangsleistung und der gemessenen Gasturbinenausgangsleistung umfasst, um einen gewichteten Koeffizienten zu erhöhen, der für die Multiplikation der Abweichung verwendet wird, in Reaktion auf eine Zunahme eines Verbrennungslastbefehlswerts, um die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, die von dem Verbrennungslastbefehlswert-Berechnungsmittel berechnet wird, dimensionslos zu gestalten, sowie ein Mittel zum Gewichten der Abweichung, um den gewichteten Koeffizienten zu erhöhen, der für die Multiplikation der Abweichung verwendet wird, in Reaktion auf eine Zunahme der dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine. Somit ist es möglich, die Gasturbinenausgangsleistung in angemessener Weise in Reaktion auf die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine (d.h., die Gasturbinenausgangsleistung) zu korrigieren und dadurch die Gasturbinenausgangsleistung rasch zu korrigieren, während die Lernzeit hinsichtlich der zweiten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine (wie z.B. die maximale Verbrennungsgastemperatur) verkürzt wird.
Gemäß der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine nach dem siebten Aspekt wird der Verbrennungslast befehlswert unter gleichzeitiger Berücksichtigung des Turbinen-Bypassverhältnisses berechnet. Somit ist es möglich, eine Steuerung gemäß der Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine auch im Fall der mit dem Gasturbinen-Bypassmittel versehenen Gasturbine durchzuführen und dadurch eine angemessene Verbrennungssteuerung durchzuführen.
Gemäß der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine nach dem achten Aspekt kann der Verbrennungslastbefehlswert unter gleichzeitiger Berücksichtigung des atmosphärischen Druckverhältnisses berechnet werden. Somit ist es möglich, Beziehungen zwischen dem Verbrennungslast-Befehlswert (der Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine) und jedem der Brennstoffgasverhältnisse in angemessener Weise aufrechtzuerhalten und dadurch eine angemessene Verbrennungssteuerung durchzuführen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung ist aus der detaillierten nachstehenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, die lediglich der Veranschaulichung dienen und damit die vorliegende Erfindung nicht einschränken, und in denen zeigen:
1 eine Ansicht einer schematischen Konfiguration einer Gasturbine mit einer Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 eine Ansicht einer Struktur einer Brennkammer in der Gasturbine,
3 ein Blockdiagramm eines Pilotverteilerabschnitts einer Pilotbrennstoff-Zuführleitung in der Gasturbine,
4 ein Gesamt-Blockdiagramm der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
5 ein Blockdiagramm zur allgemeinen Darstellung eines Prozessablaufs in der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine,
6 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einer Verbrennungsgastemperatur TIT an einem Einlass der Gasturbine und einem CLCSO,
7 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen dem CLCSO und einem Pilotverhältnis,
8 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen dem CLCSO und einem Top-Hat-Verhältnis,
9 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen dem CLCSO und einem Brennkammer-Bypassventilpositions-Befehlswert,
10 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen der Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine und einer Gasturbinenausgangsleistung (einer Stromgeneratorausgangsleistung) bei verschiedenen ELS-Öffnungsgraden,
11 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einer Einlasslufttemperatur und der Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) bei den verschiedenen ELS-Öffnungsgraden,
12 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen der Stromgeneratorausgangsleistung (der Gasturbinenausgangsleistung) bei einem bestimmten ELS-Öffnungsgrad, einer bestimmten Einlasslufttemperatur, einem bestimmten Turbinen-Bypassverhältnis und einem bestimmten atmosphärischen Druckverhältnis, und dem CLCSO,
13 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Stromgeneratorausgangsleistung (der Gasturbinenausgangsleistung) und dem CLCSO in Bezug auf eine Abweichung bzw. Änderung des ELS-Öffnungsgrads,
14 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Stromgeneratorausgangsleistung (der Gasturbinenausgangsleistung) und dem CLCSO in Bezug auf eine Abweichung bzw. Änderung der Einlasslufttemperatur,
15 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Stromgeneratorausgangsleistung (der Gasturbinenausgangsleistung) und dem CLCSO in Bezug auf eine Abweichung bzw. Änderung in dem Turbinen-Bypassverhältnis,
16 ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Rechenlogik des CLCSO in der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine,
17 ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung gemäß der japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-266357,
18 eine graphische Darstellung einer Kennlinie, die eine Beziehung zwischen einem Druckverhältnis und einer Abgastemperatur zeigt,
19 ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
20 eine graphische Darstellung von Kennlinien A und B, die Beziehungen zwischen einem Druckverhältnis und einer Abgastemperatur zeigen,
21 ein Blockdiagramm einer Rechenlogik bei 1.400°CMW,
22 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen dem CLCSO und einem gewichteten Koeffizienten,
23 eine graphische Darstellung von Kennlinien A, B, C und D, die Beziehungen zwischen dem Druckverhältnis und der Abgastemperatur zeigen,
24 ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Konfiguration einer Rechenlogik des Brennkammer-Bypassventilpositions-Befehlswerts in der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine,
25 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen dem CLCSO und einer Gewichtung der Einlasslufttemperatur-Korrektur,
26 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen der Einlasslufttemperatur und einem Korrekturkoeffizienten,
27 ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Rechenlogik eines PLCSO in der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine,
28 ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Rechenlogik eines THCSO in der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine,
29 ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Rechenlogik von jeweiligen Brennstoffströmungsraten-Steuerventilpositions-Befehlsgrößen in der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine,
30 eine graphische Darstellung einer Beziehung (einer proportionalen Beziehung) zwischen dem PLCSO und einer Pilotbrennstoffgasströmungsrate G_fPL,
31 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einem Ventil-Öffnungsgrad und einer Cv-Größe,
32 eine graphische Darstellung einer Beziehung (einer proportionalen Beziehung) zwischen dem THCSO und einer Top-Hat-Brennstoffgasströmungsrate G_fTH,
33 eine graphische Darstellung einer Beziehung (einer proportionalen Beziehung) zwischen einem MACSO und einer Hauptbrennstoffgasströmungsrate G_fMA,
34 ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Brennstoffgastemperatur-Korrekturlogik in der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine,
35 ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Verteilerdruck-Korrekturlogik in der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine,
36 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen der Stromgeneratorausgangsleistung (der Gasturbinenausgangsleistung) und einer Änderungsrate,
37 ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Rechenlogik eines Verteilerdrucks in der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine,
38 ein Logikdiagramm einer Konfiguration einer Lernschaltungsanordnung für eine Düsen-Cv-Größe in der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine,
39 eine graphische Darstellung von Betriebsergebnissen der Gasturbine mit der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine,
40 eine weitere graphische Darstellung von Betriebsergebnissen der Gasturbine mit der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine,
41 eine noch andere graphische Darstellung von Betriebsergebnissen der Gasturbine mit der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine,
42 eine weitere graphische Darstellung von Betriebsergebnissen der Gasturbine mit der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine, und
43 eine weitere graphische Darstellung von Betriebsergebnissen der Gasturbine mit der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Es wird nun eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
(Konfiguration)
Zunächst wird eine Konfiguration einer Gasturbine mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst eine Gasturbine 1 einen Gasturbinenkörper 2, mehrere Brennkammern 3 und einen Kompressor 4 mit einer Drehwelle, welche mit einer Drehwelle des Gasturbinenkörpers 2 verbunden ist. Ein Stromgenerator 5 ist in dieser Gasturbine 1 installiert, um gemeinsam mit dieser ein Gasturbinen-Kraftwerk zu bilden. Eine Drehwelle dieses Stromgenerators 5 ist auch mit der Drehwelle des Gasturbinenkörpers 2 verbunden.
Brennstoff wird in jeder der Brennkammern 3 zusammen mit angesaugter, von dem Kompressor 4 komprimierter Hochdruckluft verbrannt. Wenn der Gasturbinenkörper 2 durch dieses Verbrennungsgas gedreht wird, wird der Stromgenerator 5 im Drehantrieb durch diesen Gasturbinenkörper 2 gedreht, um Energie zu erzeugen. Die von dem Stromgenerator 5 erzeugte Energie wird über ein nicht-dargestelltes Energie-Übertragungssystem übertragen. Das Verbrennungsgas (Abgas), das aus dem Gasturbinenkörper 2 nach seiner Arbeit im Gasturbinenkörper 2 ausgetragen wird, wird durch eine Abgasleitung 32 geleitet und über einen nicht-dargestellten Kamin in die Luft abgeführt. Eine Lufteinlassmenge des Kompressors 4 während dieses Gasturbinenantriebs wird durch Öffnen und Schließen von Einlassleitschaufeln (ELS) 6 gesteuert, die am Einlass des Kompressors 4 installiert sind. Die Öffnungs- und Schließantriebe der ELS 6 werden durch einen Aktuator 7 wie z.B. einen Servomotor durchgeführt, der an den ELS 6 angebracht ist. Eine Öffnungssteuerung der ELS 6 (Antriebssteuerung des Aktuators 7) wird durch eine nicht-dargestellte ELS-Steuervorrichtung durchgeführt.
Jede der Brennkammern 3 ist mit einer Brennkammer-Bypassleitung 31 versehen, um zu bewirken, dass die vom Kompressor 4 komprimierte Luft die Brennkammer 3 umgeht. Die Brennkammer-Bypassleitung 31 ist mit einem Brennkammer-Bypassventil 8 zum Einstellen einer Bypassströmungsrate der Druckluft versehen. Bei niedriger Last wird ein Öffnungsgrad des Brennkammer-Bypassventils 8 erhöht, und die Bypassströmungsrate der Druckluft wird dadurch erhöht, um die Brennstoffgasdichte zu steigern und die Verbrennung zu stabilisieren. Hingegen wird bei hoher Last der Öffnungsgrad des Brennkammer-Bypassventils 8 verringert, und die Bypassströmungsrate der Druckluft wird dadurch verringert, um NOx und dgl. zu senken. Auf diese Weise wird die Menge der mit dem Verbrennungsgas zu mischenden Druckluft erhöht. Dabei ist eine Turbinen-Bypassleitung 9, um zu bewirken, dass die vom Kompressor 4 komprimierte Luft die Brennkammer 3 und den Gasturbinenkörper 2 umgeht, in einem Raum von einer Auslassseite des Kompressors 4 bis zu einer Auslassseite (der Abgasleitung 32) des Gasturbinenkörpers 2 vorgesehen. Diese Turbinen-Bypassleitung 9 ist mit einem Turbinen-Bypassventil 10 zum Einstellen einer Turbinen-Bypassströmungsrate der Druckluft (einem Gasturbinen-Bypassmittel) versehen. Dieses Ventil ist zum Zweck der Einstellung eines Ausgangsdrucks des Kompressors 4 (eines Zylinderdrucks) und dgl. vorgesehen.
Jede der Brennkammern 3 hat eine Konfiguration, wie sie in 2 gezeigt ist. Wie 2 zeigt, umfasst die Brennkammer 3 mehrere Arten von Brennstoffdüsen, nämlich Hauptdüsen 26 als erste Brennstoffdüsen, eine Pilotdüse 25 als zweite Brennstoffdüse sowie Top-Hat-Düsen 27 als dritte Brennstoffdüsen. Die Pilotdüse 25 und die Hauptdüsen 26 sind innerhalb eines Innenzylinders 28 angeordnet, während die Top-Hat-Düsen 27 in einem Raum zwischen dem Innenzylinder 28 und einem Außenzylinder 29 angeordnet sind.
Die Pilotdüse 25 ist eine Brennstoffdüse zum Diffundieren einer Verbrennung, was darauf abzielt, Verbrennungsstabilität und dgl. zu erreichen. Die einzelne Pilotdüse 25 ist in einem zentralen Teil des Innenzylinders 28 vorgesehen. Die Hauptdüse ist eine Brennstoffdüse für eine Vorgemischverbrennung, die einer Verringerung von NOx dient und die so gestaltet ist, dass sie ein Hauptbrennstoffgas mit der Druckluft an einer stromaufwärtigen Seite eines Verbrennungsabschnitts mischt und dann das Gasgemisch verbrennt. Die mehreren Hauptdüsen 26 sind um die Pilotdüse 25 herum vorgesehen. Die Top-Hat-Düse 27 ist eine Brennstoffdüse für eine Vorgemischverbrennung, die einer weiteren Verringerung von NOx dient und so gestaltet ist, dass sie ein Top-Hat-Brennstoffgas mit der Druckluft an einer stromaufwärtigen Seite der Hauptdüsen 26 mischt und dann das Gasgemisch verbrennt. Die mehreren Top-Hat-Düsen 27 sind an einer Außenumfangsseite der Hauptdüsen 26 vorgesehen.
Außerdem sind, wie in 1 und 2 gezeigt ist, eine Hauptbrennstoff-Zuführleitung 12, eine Pilotbrennstoff-Zuführleitung 13 und eine Top-Hat-Brennstoff-Zuführleitung 14, die von einer Brennstoffgas-Zuführleitung 11 aus verzweigen, mit einem nicht-dargestellten Brennstoffbehälter oder Gasfeld verbundenen Brennstoffgas-Zuführleitung 11 abgezweigt sind, jeweils mit den Hauptdüsen 26, der Pilotdüse 25 und den Top-Hat-Düsen 27 jeder der Brennkammern 3 verbunden. Die Haupt-Zuführleitung 12 ist mit einem Hauptbrennstoff-Drucksteuerventil 16 und einem Hauptbrennstoffströmungsraten-Steuerventil 17 in der Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite her versehen. Die Pilotbrennstoff-Zuführleitung 13 ist mit einem Pilotbrennstoff-Drucksteuerventil 18 und einem Pilotbrennstoffströmungsraten- Steuerventil 19 in der Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite her versehen. Außerdem ist die Top-Hat-Brennstoff-Zuführleitung 14 mit einem Top-Hat-Brennstoff-Drucksteuerventil 20 und einem Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventil 21 in der Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite her versehen.
Ein Hauptverteiler 22 der Hauptbrennstoff-Zuführleitung 12 ist mit einem Hauptverteiler-Druckfühler PX1 zum Messen eines Drucks des Hauptbrennstoffgases innerhalb des Hauptverteilers 22 versehen. Ein Pilotverteiler 23 der Pilotbrennstoff-Zuführleitung 13 ist mit einem Pilotverteiler-Druckfühler PX2 zum Messen eines Drucks des Pilotbrennstoffgases in dem Pilotverteiler 23 versehen. Außerdem ist ein Top-Hat-Verteiler 24 der Top-Hat-Brennstoff-Zuführleitung 14 mit einem Top-Hat-Verteiler-Druckfühler PX3 zum Messen eines Drucks des Top-Hat-Brennstoffgases innerhalb des Top-Hat-Verteilers 24 versehen.
Hierbei ist die Hauptbrennstoff-Zuführleitung 12 mit einem Hauptbrennstoff-Differentialdruckfühler PDX1 zum Messen eines Hauptbrennstoffgas-Differentialdrucks vor und hinter dem Hauptbrennstoffströmungsraten-Steuerventil 17 versehen. Die Pilotbrennstoff-Zuführleitung 13 ist mit einem Pilotbrennstoff-Differentialdruckfühler PDX2 zum Messen eines Pilotbrennstoffgas-Differentialdrucks vor und hinter dem Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventil 19 versehen. Außerdem ist die Top-Hat-Brennstoff-Zuführleitung 14 mit einem Top-Hat-Brennstoff-Differentialdruckfühler PDX3 zum Messen eines Top-Hat-Brennstoffgas-Differentialdrucks vor und hinter dem Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventil 21 versehen.
Wie schematisch in 3 gezeigt ist, ist der Pilotverteiler 23 so konfiguriert, dass er das Pilotbrennstoffgas, das über die Pilotbrennstoff-Zuführleitung 13 zugeführt wird, an die Pilotdüsen 25 der jeweiligen Brennkammern 3 verteilt. Obwohl hier eine Darstellung wegfällt, ist der Hauptverteiler 22 auf ähnliche Weise konfiguriert, um das durch die Hauptbrennstoff-Zuführleitung 12 zugeführte Hauptbrennstoffgas an die Hauptdüsen 26 der jeweiligen Brennkammern 3 zu verteilen, und auch der Top-Hat-Verteiler 24 ist so konfiguriert, dass er das durch die Top-Hat-Brennstoff-Zuführleitung 14 zugeführte Top-Hat-Brennstoffgas an die Top-Hat-Düsen 27 der jeweiligen Brennkammern 3 verteilt.
Dabei ist das Hauptbrennstoff-Drucksteuerventil 16 so konfiguriert, dass es den Hauptbrennstoffgas-Differentialdruck vor und hinter dem Hauptbrennstoffströmungsraten-Steuerventil 17, der von dem Hauptbrennstoff-Differentialdruckfühler PDX1 gemessen wird, auf einen konstanten Wert einstellt. Das Pilotbrennstoff-Drucksteuerventil 18 ist so konfiguriert, dass es den Pilotbrennstoffgas-Differentialdruck vor und hinter dem Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventil 19, der von dem Pilotbrennstoff-Differentialdruckfühler PDX2 gemessen wird, auf einen konstanten Wert einstellt. Darüberhinaus ist das Top-Hat-Brennstoff-Drucksteuerventil 20 so konfiguriert, dass es den Top-Hat-Brennstoffgas-Differentialdruck vor und hinter dem Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventil 21, der von dem Top-Hat-Brennstoff-Differentialdruckfühler PDX3 gemessen wird, auf einen konstanten Wert einstellt.
Ferner ist das Hauptbrennstoffströmungsraten-Steuerventil 17 so konfiguriert, dass es eine Strömungsrate des Hauptbrennstoffgases, das den Hauptdüsen 26 aller Brennkammern 3 über die Hauptbrennstoff-Zuführleitung 12 zugeführt wird, einstellt. Das Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventil 19 ist so konfiguriert, dass es eine Strömungsrate des Pilotbrennstoffgases, welches den Pilotdüsen 25 aller Brennkammern 3 über die Pilotbrennstoff-Zuführleitung 13 zugeführt wird, einstellt. Außerdem ist das Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventil 21 so konfiguriert, dass es eine Strömungsrate des Top-Hat-Brennstoffgases, welches den Top-Hat-Düsen 27 aller Brennkammern 3 über die Top-Hat-Brennstoff-Zuführleitung 14 zugeführt wird, einstellt.
Wie 1 zeigt, ist die Brennstoff-Zuführleitung 11 mit einem Brennstoff-Stoppventil 15 und einem Brennstoff-Gasthermometer Tf versehen. Das Brennstoff-Gasthermometer Tf misst die Temperatur des in die Brennstoffgas-Zuführleitung 11 einströmenden Brennstoffgases und gibt ein Messsignal hinsichtlich dieser Brennstoffgastemperatur an eine an dieser Gasturbine 1 angebrachte Gasturbinen-Brennstoff-Steuervorrichtung 41 (siehe 4) und dgl. aus. Messsignale von dem Hauptverteiler-Druckfühler PX1, dem Pilotverteiler-Druckfühler PX2, dem Top-Hat-Verteiler und Druckfühler PX3, dem Hauptbrennstoff-Differentialdruckfühler PBX1, dem Pilotbrennstoff-Differentialdruckfühler PDX2 und dem Top-Hat-Brennstoff-Differentialdruckfühler PDX3 werden ebenfalls an die Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 und dgl. ausgegeben.
Außerdem ist das Energieübertragungssystem des Stromgenerators 5 mit einem Strommesser PW versehen. Ein Einlassluftthermometer Ta, ein Einlassluftdruckfühler PX4 und ein Einlassluft-Strömungsmesser FX1 sind an der Einlassseite des Kompressors 4 vorgesehen, während ein Zylinderdruckfühler PX5 an der Auslassseite des Kompressors 4 vorgesehen ist. Die Turbinen-Bypassleitung 9 ist mit einem Turbinen-Bypassströmungsmesser FX2 versehen. Die Abgasleitung 32 ist mit einem Abgasthermometer Ta versehen. Der Strommesser PW misst erzeugten Strom (die Stromgeneratorausgangsleistung: die Gasturbinenausgangsleistung) des Stromgenerators 5 und gibt ein Messsignal dieser Stromgeneratorausgangsleistung (der Gasturbinenausgangsleistung) an die Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 und dgl. aus. Das Einlassluftthermometer Ta misst die Einlasslufttemperatur im Kompressor 4 (die Temperatur der in den Kompressor 4 einströmenden Luft) und gibt ein Messsignal dieser Einlasslufttemperatur an die Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 und dgl. aus. Der Einlassluftdruckfühler PX4 misst den Einlassluftdruck des Kompressors 4 (den Druck der in den Kompressor 4 einströmenden Luft) und gibt ein Messsignal dieses Einlassluftdrucks an die Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 und dgl. aus. Der Einlassluft-Strömungsmesser FX1 misst die Strömungsrate der in den Kompressor 4 einströmenden Einlassluft und gibt ein Messsignal dieser Einlassluftströmungsrate an die Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 und dgl. aus. Der Zylinderdruckmesser PX5 misst den Zylinderdruck, der den Druck der aus dem Kompressor 4 auszustoßenden Druckluft darstellt, und gibt ein Messsignal dieses Zylinderdrucks an die Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 und dgl. aus. Der Turbinen-Bypassströmungsmesser FX2 misst die Turbinen-Bypassströmungsrate der durch die Turbinen-Bypassleitung strömenden Druckluft und gibt ein Messsignal dieser Turbinen-Bypassströmungsrate an die Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 und dgl. aus. Das Abgasthermometer Ta misst die Temperatur des aus dem Gasturbinenkörper 2 ausgetragenen Abgases und gibt ein Messsignal dieser Abgastemperatur an die Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 und dgl. aus.
Als nächstes wird die Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 unter Bezugnahme auf 4 bis 43 beschrieben. Man beachte, dass jede der Prozessfunktionen der Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 in Form von Software (Computerprogrammen), die von einem Computer ausgeführt wird, gebildet ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht nur auf diese Konfiguration beschränkt. Es ist auch möglich, die Prozessfunktionen in Form von Hardware zu bilden.
Wie in 5 gezeigt ist, werden ein Stromgeneratorausgangsleistungs-Befehlswert, der von einem nichtdargestellten zentralen Lastverteilerzentrum übertragen wird, und ein ELS-Öffnungsgrad-Befehlswert, der von der nichtdargestellten ELS-Steuervorrichtung übertragen wird, in die Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 eingegeben. Es ist anzumerken, dass der Stromgeneratorausgangsleistungs-Befehlswert nicht immer von dem zentralen Lastverteilerzentrum übertragen werden muss. Beispielsweise kann der Stromgeneratorausgangsleistungs-Befehlswert von einer Stromgeneratorausgangsleistungs-Einstellvorrichtung erstellt werden, die in dem Gasturbinen-Kraftwerk installiert ist. Außerdem wird in diesem Fall der ELS-Öffnungsgrad-Befehlswert als der zur Berechnung eines CLCSO (Verbrennungslastbefehl) verwendete ELS-Öffnungsgrad angewandt, der ein üblicher Parameter der Verbrennungssteuerung ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht nur auf diese Konfiguration beschränkt. Beispielsweise ist es im Fall der Messung des ELS-Öffnungsgrads auch möglich, stattdessen diesen Messwert zu benutzen. Außerdem werden die von dem Strommesser PW gemessene Stromgeneratorausgangsleistung, die von dem Einlassluftthermometer Ta gemessene Einlasslufttemperatur, die von dem Brennstoffgasthermometer gemessene Brennstoffgastemperatur, die von dem Abgasthermometer gemessene Abgastemperatur, die von dem Einlassluft-Strömungsmesser FX1 gemessene Einlassluftströmungsrate, die von dem Turbinen-Bypassströmungsmesser FX2 gemessene Turbinen-Bypassgeschwindigkeit, der von dem Hauptverteiler-Druckfühler PX1 gemessene Hauptverteilerdruck, der von dem Pilotverteiler-Druckfühler PX2 gemessene Pilotverteilerdruck, der von dem Top-Hat-Verteilerdruckfühler PX3 gemessene Top-Hat-Verteilerdruck, der von dem Einlassluftdruckfühler PX4 gemessene Einlassluftdruck, der von dem Zylinderdruckfühler PX5 gemessene Zylinderdruck, der von dem Hauptbrennstoff-Differentialdruckfühler PDX1 gemessene Hauptbrennstoffgas-Differentialdruck, der von dem Pilotbrennstoff-Differentialdruckfühler PDX2 gemessene Pilotbrennstoffgas-Differentialdruck und der von dem Top-Hat-Brennstoff-Differentialdruckfühler PDX3 gemessene Top-Hat-Brennstoffgas-Differentialdruck als tatsächlich gemessene Werte in die Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 eingegeben.
Anschließend berechnet basierend auf diesen Eingangssignalen und dgl. die Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 einen Hauptbrennstoffströmungsraten-Steuerventilpositions-Befehlswert zum Durchführen einer Hauptbrennstoffströmungsraten-Steuerung, einen Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventilpositions-Befehlswert zum Durchführen einer Pilotbrennstoffströmungs raten-Steuerung, einen Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventilpositions-Befehlswert zum Durchführen einer Top-Hat-Brennstoffgasströmungsraten-Steuerung und einen Brennkammer-Bypass-Ventilpositions-Befehlswert zum Durchführen einer Brennkammer-Bypassströmungsraten-Steuerung. Ein Prozessablauf in der Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 wird im folgenden allgemein mit Bezug auf 5 beschrieben. Zunächst wird der CLCSO basierend auf der Stromgeneratorausgangsleistung, dem ELS-Öffnungsgrad-Befehlswert, der Einlasslufttemperatur, einem Turbinen-Bypassverhältnis (der Turbinen-Bypassströmungsrate/der Einlassluftströmungsrate), das ein Verhältnis zwischen der Einlassluftströmungsrate und der Turbinen-Bypassströmungsrate darstellt, und einem atmosphärischen Druckverhältnis (einem atmosphärischen Druck/einem Standard-Atmosphärendruck), das ein Verhältnis zwischen dem atmosphärischen Druck und dem Standard-Atmosphärendruck darstellt, berechnet. Dieser CLCSO ist proportional zu einer Größe, die erhalten wird, indem eine Verbrennungsgastemperatur am Einlass einer Gasturbine (eine Temperatur des Verbrennungsgases an einem Einlass des Gasturbinenkörpers, wenn das Brennstoffgas von der Brennkammer 3 zu de Gasturbinenkörper 2 strömt) dimensionslos gemacht wird. Mit anderen Worten ist der CLCSO eine Größe proportional zu der Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine. Anschließend wird ein Pilotverhältnis, welches ein Verhältnis einer Pilotbrennstoffgasströmungsrate (ein gewichteten Strömungsrate) in Bezug auf eine Gesamt-Brennstoffgasströmungsrate (einer gewichteten Strömungsrate) darstellt, ein Top-Hat-Verhältnis, welches eine Verhältnis einer Top-Hat-Brennstoffgasströmungsrate (einer gewichteten Strömungsrate) in Bezug auf die Gesamt-Brennstoffgasströmungsrate (die gewichtete Strömungsrate) darstellt, sowie ein Hauptverhältnis, welches ein Verhältnis der Hauptbrennstoffgasströmungsrate (einer gewichteten Strömungsrate) in Bezug auf die Gesamt-Brennstoffgasströmungsrate (die gewichtete Strömungsrate) darstellt, basierend auf diesem CLCSO berechnet.
Anschließend werden die gewichteten Strömungsraten, nämlich die Pilotbrennstoffgasströmungsrate G_fPL, die Top-Hat-Brennstoffgasströmungsrate G_fTH sowie die Hauptbrennstoffgasströmungsrate G_fMA basierend auf dem Pilotverhältnis, dem Top-Hat-Verhältnis bzw. dem Hauptverhältnis berechnet. Ferner werden ein Cv-Wert des Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventils 19, ein Cv-Wert des Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventils 21 und ein Cv-Wert des Hauptbrennstoffströmungsraten-Steuerventils 17 basierend auf der Pilotbrennstoffgasströmungsrate G_fPL, der Top-Hat-Brennstoffgasströmungsrate G_fTH bzw. der Hauptbrennstoffgasströmungsrate G_fMA berechnet. Dann werden der Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventilpositions-Befehlswert, der Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventils-Befehlswert und der Hauptbrennstoffströmungsraten-Steuerventilspositions-Befehlswert, basierend auf dem Cv-Wert des Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventils 19, dem Cv-Wert des Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventils bzw. dem Cv-Wert des Hauptbrennstoffgasströmungsraten-Steuerventils 17 berechnet. Auch hinsichtlich des Brennkammer-Bypassventils 8 wird der Brennkammer-Bypassventilpositions-Befehlswert basierend auf dem CLCSO berechnet.
Als nächstes wird die Verarbeitung, die von der Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 durchzuführen ist, im Detail beschrieben. Im folgenden wird die Verarbeitung zur Berechnung des CLCSO zunächst hinsichtlich der Verarbeitung der Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 beschrieben. Anschließend wird die Verarbeitung zur Berechnung der jeweiligen Ventilpositions-Befehlswerte basierend auf diesem CLCSO beschrieben.
(Berechnung des CLCSO)
Um das Pilotverhältnis, das Top-Hat-Verhältnis, das Hauptverhältnis und den Öffnungsgrad des Brennkammer-Bypassventils in Funktionen der Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der originelle Konzepte repräsentierenden Gasturbine zu formulieren, wird der CLCSO, der durch Dimensionslosmachen der Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine gebildet wird, als Steuerparameter eingesetzt. Aus diesem Grund wird zuallererst der CLCSO berechnet. Wie in 6 gezeigt ist, wird davon ausgegangen, dass der CLCSO proportional zu der Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine ist (CLCSO ∞ TIT). In diesem Zusammenhang wird in dem dargestellten Beispiel der CLCSO, der der Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine von 700°C entspricht, die als vierte Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine festgelegt ist, als 0% angenommen. Der der Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine von 1500°C entsprechende CLCSO, der als zweite Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine festgelegt ist, wird als 100% angenommen. Die zweite Verbrennungsgastemperatur ist höher als die vierte Verbrennungsgastemperatur. Es ist anzumerken, dass die vierte Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine sowie die zweite Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, welche die Kriterien zur Berechnung des CLCSO bilden, nicht nur auf die 700°C und 1500°C beschränkt sind. Es ist möglich, andere Temperaturen als geeignet festzulegen.
Außerdem werden eine Beziehung (eine Funktion) zwischen dem CLCSO und dem Pilotverhältnis gemäß 7 als Beispiel, eine Beziehung (eine Funktion) zwischen dem CLCSO und dem Top-Hat-Verhältnis gemäß 8 als Beispiel, und eine Beziehung (eine Funktion) zwischen dem CLCSO und dem Brennkammer-Bypassventilpositions-Befehlswert (BYCSO) gemäß 9 als Beispiel vorab festgelegt. Beziehungen der Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine mit dem Pilotverhältnis, dem Top-Hat-Verhältnis und dem Öffnungsgrad des Brennkammer-Bypassventils können in Voruntersuchungen (in Gasturbinen-Gestaltungsprozessen) erhalten werden. Demgemäß ist es basierend auf diesen Beziehungen möglich, die Beziehungen des CLCSO mit dem Pilotverhältnis, dem Top-Hat-Verhältnis und dem Brennkammer-Bypassventilpositions-Befehlswert (BYCSO) gemäß 7 bis 9 als Beispiele aufzustellen. Außerdem werden durch Berechnen des Pilotverhältnisses, des Top-Hat-Verhältnisses und des Öffnungsgrads des Brennkammer-Bypassventils mittels des berechneten CLCSO und der in 7 bis 9 gezeigten Beziehungen das Pilotverhältnis, das Top-Hat-Verhältnis und der Öffnungsgrad des Brennkammer-Bypassventils eindeutig in Bezug auf die Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine bestimmt, da der CLCSO proportional zu der Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine ist (CLCSO ∞ TIT). D.h. das Pilotverhältnis, das Top-Hat-Verhältnis und der Öffnungsgrad des Brennkammer-Bypassventils werden zu Funktionen der CLCSO (der Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine). Da das Hauptverhältnis basierend auf dem Pilotverhältnis und dem Top-Hat-Verhältnis (wird im Detail später beschrieben) berechnet wird, wird das Hauptverhältnis auch zu einer Funktion des CLCSO (der Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine).
Der CLCSO wird basierend auf der Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) berechnet. Im einzelnen ist eine Beziehung zwischen der Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine und der Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) hinsichtlich verschiedener ELS-Öffnungsgrade in 10 dargestellt, und eine Beziehung zwischen der Einlasslufttemperatur und der Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) hinsichtlich der verschiedenen ELS-Öffnungsgrade ist in 11 dargestellt. Wie in 10 und 11 gezeigt ist, ist es im Hinblick auf die verschiedenen Einlasslufttemperaturen und die verschiedenen ELS-Öffnungsgrade möglich, die Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine so zu behandeln, dass sie in linearer Beziehung mit der Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) steht. Daher wird die Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine, d.h. der CLCSO, von der Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) abgeleitet.
Aus diesem Grund wird eine Beziehung (eine Funktion) zwischen der Stromgeneratorausgangsleistung (der Gasturbinenausgangsleistung) und der CLCSO aufgestellt, während die ELS-Öffnungsgrade und die Einlasslufttemperaturen gemäß
12 berücksichtigt werden, und auch das Turbinen-Bypassverhältnis und der atmosphärische Druck (Luftdruck/Standard-Atmosphärendruck: ein durchschnittlicher atmosphärischer Druck an einer Stelle, an der die Gasturbine installiert ist, wird beispielsweise als Standard-Atmosphärendruck verwendet).
Im einzelnen werden zunächst ein 700°CMW-Wert, der die Stromgeneratorausgangsleistung (die Gasturbinenausgangsleistung) darstellt, wenn die Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine gleich 700°C ist, und der als vierte Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine bestimmt wird, sowie ein 1500°CMW-Wert, der die Stromgeneratorausgangsleistung (die Gasturbinenausgangsleistung) darstellt, wenn die Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine gleich 1500°C ist, und der als zweite Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine bestimmt wird, festgelegt. Es ist anzumerken, dass die Temperatur von 1500°C die maximale Verbrennungsgastemperatur (eine Obergrenze) ist, die in den Gasturbinen-Gestaltungsprozessen hinsichtlich der Standzeit der Brennkammer 3 und des Gasturbinenkörpers 2 bestimmt wird. Da die Temperatur so eingestellt ist, dass sie diesen Wert nicht überschreitet, wird die Temperatur von 1500°C auch als temperaturgesteuerter MW bezeichnet. Diese Temperaturen von 700°C und 1500°C (der temperaturgesteuerte MW) können in den Voruntersuchungen (bei den Gasturbinen-Gestaltungsprozessen) berechnet werden.
Dann wird, wie in 12 gezeigt ist, der CLCSO relativ zu den 700°CMW als 0% festgelegt und der CLCSO relativ zu dem 1500°CMW-Wert als 100% festgelegt. Es ist jedoch anzumerken, dass der 700°CMW-Wert und der 1500°CMW-Wert Werte sind, welche den ELS-Öffnungsgrad, die Einlasslufttemperatur, das Turbinen-Bypassverhältnis und das atmosphärische Druckverhältnis berücksichtigen. D.h., diese Werte stellen jeweils die Stromgeneratorausgangsleistung (die Gasturbinenausgangsleistung) bei der Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine von 700°C dar, sowie die Stromgeneratorausgangsleistung (die Gasturbinenausgangsleistung) bei der Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine von 1500°C hinsichtlich eines bestimmten ELS-Öffnungsgrades, einer bestimmten Einlasslufttemperatur, eines bestimmten Turbinen-Bypassverhältnisses und eines bestimmten Druckverhältnisses.
Mit anderen Worten variiert die Beziehung zwischen der Stromgeneratorausgangsleistung (der Gasturbinenausgangsleistung) und dem CLCSO, wie in 13 als Beispiel gezeigt ist, in Abhängigkeit von dem ELS-Öffnungsgrad (beispielsweise 0% (wenn ein Einlassluftdurchgang nicht vollständig geschlossen ist), 50% oder 100%). Wie in 14 als Beispiel gezeigt ist, variiert die Beziehung zwischen der Stromgeneratorausgangsleistung (der Gasturbinenausgangsleistung) und dem CLCSO auch in Abhängigkeit von der Einlasslufttemperatur (beispielsweise -10°C und 40°C). Außerdem variiert gemäß 15 als Beispiel die Beziehung zwischen der Stromgeneratorausgangsleistung (der Gasturbinenausgangsleistung) und dem CLCSO auch in Abhängigkeit von dem Turbinen-Bypassverhältnis. Obwohl eine Darstellung hier entfällt, variiert die Beziehung zwischen der Stromgeneratorausgangsleistung (der Gasturbinenausgangsleistung) und dem CLCSO auch in Abhängigkeit von dem atmosphärischen Druckverhältnis (beispielsweise 1,0 oder 1,1).
Aus diesem Grund werden die 1500°CMW-Werte entsprechend dem ELS-Öffnungsgrad, der Einlasslufttemperatur, dem Turbinen-Bypassverhältnis und dem atmosphärischen Druck vorab festgelegt. Die nachstehende Tabelle 1 gibt Beispiele der voreingestellten 1500°CMW-Werte entsprechend dem ELS-Öffnungsgrad, der Einlasslufttemperatur, dem Turbinen-Bypassverhältnis und dem atmosphärischen Druckverhältnis. Das in Tabelle 1 gezeigte Beispiel stellt die 1500°CMW-Werte in Fällen auf, in denen der ELS-Öffnungsgrad gleich 0% oder 50% oder 100% ist, die Einlasslufttemperatur gleich -10°C oder 40°C ist, und das Turbinen-Bypassverhältnis gleich 10% ist. Diese Werte werden in Voruntersuchungen (bei den Gasturbinen-Gestaltungsprozessen) erhalten. Es ist anzumerken, dass der 1500°C-CMW-Wert in dem Fall, in dem das Turbinen-Bypassverhältnis gleich 0% ist, lediglich von dem ELS-Öffnungsgrad und der Einlasslufttemperatur bestimmt ist. Beispielsweise ist der 1500°C-CMW-Wert gleich 140 MW, wenn der ELS-Öffnungsgrad (der ELS-Öffnungsbefehl) gleich 100%, die Einlasslufttemperatur gleich -10°C und das Turbinen-Bypassverhältnis gleich 0% ist, während der 1500°C-CMW-Wert gleich 110 MW, wenn der ELS-Öffnungsgrad gleich 100% ist, die Einlasslufttemperatur gleich -10°C und das Turbinen-Bypassverhältnis gleich 10% ist. Tabelle 1 Wenn TIT = 1500°C (1500°CMW)
Falls sich irgendwelche Werte des ELS-Öffnungsgrads, der Einlasslufttemperatur und des Turbinen-Bypassverhältnisses von den in Tabelle 1 gezeigten unterscheiden (wenn z.B. der ELS-Öffnungsgrad gleich 60%, die Einlasslufttemperatur gleich 10°C und das Turbinen-Bypassverhältnis gleich 5%), kann der dem ELS-Öffnungsgrad, der Einlasslufttemperatur und dem Turbinen-Bypassverhältnis entsprechende 1500°CMW-Wert durch eine lineare Interpolation (Interpolationsberechnung) unter Verwendung irgendeines der in Tabelle 1 dargestellten 1500°CMW-Werte berechnet werden.
Außerdem ist es durch Multiplizieren des 1500°CMW-Werts unter Berücksichtigung des ELS-Öffnungsgrads, der Einlasslufttemperatur und des Turbinen-Bypassverhältnisses mit dem atmosphärischen Druckverhältnis möglich, den 1500°CMW-Wert auch unter Berücksichtigung des atmosphärischen Druckverhältnisses zu berechnen.
Obwohl hier eine detaillierte Erläuterung entfällt, ist es auch möglich, den Wert unter Berücksichtigung des ELS-Öffnungsgrads, der Einlasslufttemperatur, des Turbinen-Bypassverhältnisses und des atmosphärischen Druckverhältnisses auf ähnliche Weise wie im Fall des 1500°CMW-Werts zu berechnen.
Die nachstehende Tabelle 2 gibt ein Beispiel der voreingestellten 700°CMW-Werte, die dem ELS-Öffnungsgrad, der Einlasslufttemperatur, dem Turbinen-Bypassverhältnis und dem atmosphärischen Druckverhältnis entsprechen. Tabelle 2 wenn TIT = 700°C (700°CMW)
Dann wird nach der Bestimmung der 700°CMW-und 1500°CMW-Werte unter Berücksichtigung des ELS-Öffnungsgrads, der Einlasslufttemperatur, des Turbinen-Bypassverhältnisses und des atmosphärischen Druckverhältnisses der CLCSO entsprechend der folgenden Formel (1) berechnet, welche die lineare Interpolationsformel (Interpolations-Berechnungsformel) basierend auf den 700°CMW und 1500°CMW-Werten und einem tatsächlichen Messwert der Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) darstellen:
Nun wird eine Erläuterung basierend auf einer Rechenlogik des in 16 gezeigten CLCSO (Verbrennungslaststeuer-Berechnungsmittel) gegeben. Zunächst berechnet ein Funktionsgenerator 51 als Gasturbinenausgangsleistungs-Berechnungsmittel den 1500°CMW-Wert (den temperaturgesteuerten MW) als zweite Gasturbinenausgangsleistung basierend auf einem tatsächlichen Messwert der Einlasslufttemperatur, des ELS-Öffnungsgrad-Befehlswerts und des Turbinen-Bypassverhältnisses (einer Turbinenströmungsrate/Einlassluftströmungsrate), durch Teilen eines tatsächlichen Messwerts einer Turbinen-Bypassströmungsrate durch einen tatsächlichen Messwert einer Einlassluftströmungsrate (entsprechend einer Gesamtmenge der Druckluft) mit einer Divisionsschaltung 53. D.h., der 1500°CMW-Wert wird unter Berücksichtigung des ELS-Öffnungsgrads, der Einlasslufttemperatur und des Turbinen-Bypassverhältnisses berechnet. Das Rechenverfahren dieses 1500°CMW-Werts wurde vorstehend beschrieben.
Ein Funktionsgenerator 52 als Gasturbinenausgangsleistungs-Berechnungsmittel berechnet den 700°CMW-Wert als vierte Gasturbinenausgangsleistung basierend auf der Einlasslufttemperatur, dem ELS-Öffnungsgrad-Befehlswert und dem Turbinen-Bypassverhältnis. D.h., der 700°CMW-Wert wird unter Berücksichtigung des ELS-Öffnungsgrads, der Einlasslufttemperatur und des Turbinen-Bypassverhältnisses berechnet. Das Verfahren zum Berechnen dieses 700°CMW-Werts ist ähnlich dem Fall der Berechnung des 1500°CMW-Werts.
Eine Divisionsschaltung 54 berechnet das atmosphärische Druckverhältnis (Einlassluftdruck/Standard-Atmosphärendruck) durch Teilen eines tatsächlichen Messwerts eines Einlassluftdrucks (des atmosphärischen Drucks) durch den Standard-Atmosphärendruck, der mit einem Signalgenerator 61 erstellt wird. Eine Multiplikationsschaltung 55 multipliziert den durch den Funktionsgenerator 51 errechneten 1500°CMW-Wert mit dem durch die Divisionsschaltung 54 berechneten atmosphärischen Druckverhältnis, um den 1500°CMW-Wert auch unter Berücksichtigung des atmosphärischen Druckverhältnisses zu berechnen. Der durch die Multiplikationsschaltung 55 berechnete 1500°CMW-Wert wird an eine Subtraktionsschaltung 57 über eine Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung 201 ausgegeben, die als Lernmittel fungiert. Details der Lernschaltungsanordnung 201 werden später beschrieben. Eine Multiplikationsschaltung 56 multipliziert den mit dem Funktionsgenerator 52 berechneten 700°CMW-Wert mit dem durch die Divisionsschaltung 54 berechneten atmosphärischen Druckverhältnis, um den 700°CMW-Wert auch unter Berücksichtigung des atmosphärischen Druckverhältnisses zu berechnen.
Die Subtraktionsschaltung 57 subtrahiert den durch die Multiplikationsschaltung 56 berechneten 700°CMW-Wert von dem durch die Multiplikationsschaltung 55 berechneten (oder durch die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung 201 korrigierten) 1500°CMW-Wert (1500°CMW–700°CMW: siehe die Formel (1)). Eine Subtraktionsschaltung 58 subtrahiert den durch die Multiplikationsschaltung 56 berechneten 700°CMW-Wert von dem tatsächlichen Messwert der Stromgeneratorausgangsleistung (der Gasturbinenausgangsleistung) (dem tatsächlichen Messwert der Stromgeneratorausgangsleistung (der Gasturbinenausgangsleistung) – 700°CMW: siehe die Formel (1)).
Danach teilt eine Divisionsschaltung 59 ein Ergebnis einer Subtraktion mit der Subtraktionsschaltung 58 durch ein Ergebnis einer Subtraktion mit der Subtraktionsschaltung 57 (siehe die Formel 1). Auf diese Weise ist es möglich, den CLCSO zu berechnen. Man beachte, dass zum Ausdrücken des CLCSO in Prozenten ein Ausgabewert von der Divisionsschaltung 59 mit 100 multipliziert werden muss. Eine Rateneinstelleinrichtung 60 gibt einen von der Divisionsschaltung 59 eingegebenen Wert aus, während sie den Wert auf eine gegebene Änderungsrate beschränkt, statt den eingegebenen Wert direkt als den CLCSO auszugeben, um häufig wiederholte Öffnungs- und Schließvorgänge des Hauptbrennstoffströmungsraten-Steuerventils 17 und dgl. zu vermeiden, die durch eine geringfügige Abweichung des CLCSO verursacht werden, die auf eine geringe Abweichung in der Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) oder dgl. zurückzuführen ist.
Wenn die Gasturbine 1 über einen langen Zeitraum betrieben wird, kann übrigens eine Verschlechterung des Wirkungsgrads bzw. der Leistung der Gasturbine 1 durch eine Verschlechterung der Kompressionsleistung des Kompressors 4 und dgl. verursacht werden. Infolgedessen beginnt die Stromgeneratorausgangsleistung (die Gasturbinenausgangsleistung) zu sinken. D.h., in diesem Fall erreicht die Stromgeneratorausgangsleistung (die Gasturbinenausgangsleistung) nicht die gegebene (Nenn-) Stromgeneratorausgangsleistung (Gasturbinenausgangsleistung), wie sie in 10 gezeigt ist, auch wenn die Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine 1500°C erreicht. Infolgedessen kann auch der CLCSO sinken, und die Beziehung zwischen dem CLCSO und der Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine kann sich ändern. Demgemäß können die Beziehungen der Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine mit dem Pilotverhältnis, dem Top-Hat-Verhältnis, dem Hauptverhältnis und dem Öffnungsgrad des Brennkammer-Bypassventils ebenfalls abweichen. Daher ist es nötig, auch den Wert bzw. die Größe von 1500°CMW (den temperaturgesteuerten MW) zum Berechnen des CLCSO zu verringern.
Aus diesem Grund umfasst in der Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 die Rechenlogik des CLCSO auch die Lernschaltungsanordnung 201 für den 1500°CMW-Wert (den temperaturgesteuerten MW).
Nun wird die Lernschaltungsanordnung 62 für die Gasturbinenausgangsleistung (die Stromgeneratorausgangsleistung), die in der oben erwähnten japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-266357 offenbart ist, zunächst unter Bezugnahme auf 17 beschrieben. Diese Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung 62 beurteilt zunächst, ob die Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine die maximale Verbrennungsgastemperatur (1500°C) erreicht hat oder nicht, bevor der Lernvorgang hinsichtlich des 1500°CMW-Werts (des temperaturgesteuerten MW) beginnt. Demgemäß beurteilt die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung 62, ob ein Sinken der Stromgeneratorausgangsleistung (der Gasturbinenausgangsleistung) einer Beeinträchtigung der Charakteristika der Gasturbine 1 zuzuschreiben ist. Genauer gesagt, wenn die Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine gleich der maximalen Verbrennungsgastemperatur (1500°C) ist, besteht eine Beziehung zwischen einem Druckverhältnis des Kompressors 4 (einem Verhältnis zwischen einem Druck an der Einlassseite und einem Druck an der Auslassseite des Kompressors $) und der Abgastemperatur des Gasturbinenkörpers 2 (der Temperatur des aus dem Gasturbinenkörper 2 ausgetragenen Abgases), wie in 18 gezeigt ist. Daher überwacht die Lernschaltungsanordnung 62 ein Druckverhältnis (den Zylinderdruck/den Einlassluftdruck) des Kompressors 4, der aus dem tatsächlichen Messwert des Einlassluftdrucks und dem tatsächlichen Messwert des Zylinderdrucks sowie dem tatsächlichen Messwert der Abgastemperatur erhalten wird. Außerdem beurteilt die Lernschaltungsanordnung 62, dass die Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine die maximale Verbrennungsgastemperatur (1500°C) erreicht, wenn das Druckverhältnis und die Abgastemperatur die in 18 gezeigte Beziehung erfüllen, und beginnt dann mit dem Lernvorgang.
In diesem Fall berechnet die Lernschaltungsanordnung 62 zunächst eine Abweichung (die Stromgeneratorausgangsleistung minus 1500°CMW) zwischen dem 1500°CMW-Wert (dem temperaturgesteuerten MW) nach einer Korrektur hinsichtlich des atmosphärischen Druckverhältnisses, das von der Multiplikationsschaltung 55 in die Rechenlogik des CLCSO gemäß 16 einzugeben ist, und dem tatsächlichen Messwert der Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) mittels einer Subtraktionsschaltung (eines Abweichungsoperators) 63. Ein PI-(Proportional-Integral)-Controller 64 berechnet einen Korrekturkoeffizienten, indem die mit der Subtraktionsschaltung (dem Abweichungsoperator) 63 berechnete Abweichung Proportional- und Integral-Operationen unterzogen wird. Ein LOW-Begrenzer 65 begrenzt den Korrekturkoeffizienten (der von 0 bis 1 reicht), der mit dem PI-Operator 64 berechnet wird, auf einen Bereich von 0,95 bis 1. Der Grund für die Bereitstellung des begrenzten Bereichs des Korrekturkoeffizienten nach obiger Beschreibung besteht darin, dass eine Größe einer vermutlichen Verringerungen der Stromgeneratorausgangsleistung (der Gasturbinenausgangsleistung) durch eine normale Leistungsminderung der Gasturbine 1 zu berücksichtigen ist, und eine übermäßige Korrektur, die einem anormalen Abfall der Ausgangsleistung der Gasturbine 1 zuzuschreiben ist, zu vermeiden ist. Eine Multiplikationsschaltung 66 multipliziert den Korrekturkoeffzienten mit dem 1500°CMW-Wert (den temperaturgesteuerten MW), der von der Multiplikationsschaltung 55 eingegeben wird, und gibt das Multiplikationsergebnis an die Subtraktionsschaltung (den Abweichungsoperator) 63 aus.
Durch Ausführen der Verarbeitung nach obiger Beschreibung wird der 1500°CMW-Wert (der temperaturgesteuerte MW) so korrigiert, dass er mit dem tatsächlichen Messwert der Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) übereinstimmt. Dann wird der 1500°CMW-Wert (der temperaturgesteuerte MW) nach der Korrektur an die Subtraktionsschaltung 57 in der Rechenlogik des in 16 gezeigten CLCSO zur Anwendung bei der Berechnung des CLCSO ausgegeben. Man beachte, dass ein Selektor 67 eines niedrigeren Werts den niedrigeren Wert aus dem 1500°CMW-Wert (dem temperaturgesteuerten MW) nach der Korrektur und der Nenn-Stromgeneratorausgangsleistung (der Nenn-Gasturbinenausgangsleistung), die in einem Signalgenerator 68 aufgestellt ist, auswählt, und den ausgewählten Wert für verschiedene Arten von Steuerungen und die Bildschirmanzeige und dgl. ausgibt.
Wie vorher beschrieben wurde, kann jedoch in dem Fall, in dem die Gasturbine 1 oft einem Teillastbetrieb unterzogen wird, oder besonders, wenn der Betrieb der Gasturbine 1 oft fortgesetzt wird, während die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine auf eine niedrigere Temperatur als die maximale Verbrennungsgastemperatur eingestellt ist, ohne die Temperatur auf die maximale Verbrennungsgastemperatur anzuheben, diese Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung 62 mit einem Problem konfrontiert, dass der Lernvorgang nie gestartet wird und eine Korrektur der Gasturbinenausgangsleistung bei der Steuerung der Temperatur (des temperaturgesteuerten MW) nie stattfindet, obwohl die Gasturbinenausgangsleistung (die Stromgeneratorausgangsleistung) aufgrund einer Leistungsminderung der Gasturbine 1 verringert ist.
Daher umfasst bei der vorliegenden Ausführungsform die Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung 201, wie sie in 19 gezeigt ist. Nun wird eine Konfiguration dieser Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung 201 unter Bezugnahme auf 19 bis 23 beschrieben.
Zwei Kennlinien A und B, die 20 als Beispiel zeigt, sind bei dieser Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung 201 voreingestellt. In 20 gibt die Seitenachse das Druckverhältnis des Kompressors 4 an, und die Längsachse gibt die Abgastemperatur des Gasturbinenkörpers 2 an. Die Kennlinien A und B können beispielsweise in der Form von mathematischen Ausdrücken aufgestellt werden oder in dem Format von Tabellendaten aufgestellt (gespeichert) werden.
Die Kennlinie A, die als erste Kennlinie dient, ist diejenige Kennlinie, welche eine Beziehung zwischen dem Druckverhältnis und der Abgastemperatur darstellt, wenn die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine auf 1400°C (die Teillast) als erste Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine eingestellt ist. Die Kennlinie B, die als zweite Kennlinie dient, ist diejenige Kennlinie, welche eine Beziehung zwischen dem Druckverhältnis und der Abgastemperatur darstellt, wenn die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine auf 1500°C (die maximale Verbrennungsgastemperatur) als zweite Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine eingestellt ist. Diese Kennlinien A und B werden durch Voruntersuchungen erhalten (Gasturbinengestaltung).
Die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung 201 beurteilt zunächst eine Bedingung für den Start des Lernvorgangs mittels nicht-dargestellter Lernstart-Beurteilungsmittel. Genauer gesagt wird der Lernvorgang nach einer Beurteilung gestartet, dass eine Größe der Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung), die tatsächlich von dem Strommesser PW gemessen wird, gleich oder über dem Korrekturwert (dem Ausgangswert) der 1400°CMW, ausgegeben von der Multiplikationsschaltung 207, ist. Wenn beispielsweise die Ausgangsleistung durch Starten der Gasturbine 1 gesteigert wird, wird die Lernschaltungsanordnung nach der Beurteilung gestartet, dass der tatsächliche Messwert der Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) gleich diesem Anfangswert des korrigierten 1400°CMW ist. Man beachte, dass der Anfangswert des korrigierten 1400°CMW zu dieser Zeit entsprechend einem Korrekturkoeffizienten bestimmt wird, der bei dem vorhergehenden Betrieb der Gasturbine erhalten wurde. Der Lernvorgang wird auch nach einer Beurteilung bzw. Feststellung gestartet, dass der tatsächliche Messwert der Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) gleich oder größer als der Anfangswert des korrigierten 1400°CMW im Fall des einmaligen Senkens der Gasturbinenausgangsleistung unter eine untere Ausgangsleistung als die korrigierten 1400°CMW und einem anschließenden Anhebens der Gasturbinenausgangsleistung gestartet. Auch in diesem Fall wird der Anfangswert des korrigierten 1400°CMW beim Anheben der Gasturbinenausgangsleistung entsprechend dem Korrekturkoeffizienten bestimmt, der vor dem einmaligen Senken der Gasturbinenausgangsleistung erhalten wurde.
Man beachte, dass die Beurteilung der Bedingung für den Start des Lernvorgangs, basierend auf der Kennlinie A durchgeführt werden kann. Genauer gesagt, kann das Lernstart-Beurteilungsmittel so konfiguriert werden, dass es das Druckverhältnis (den Zylinderdruck/den Einlassluftdruck) des Kompressors 4 unter Verwendung des tatsächlichen Messwerts des mit dem Einlassluftdruckfühler PX4 gemessenen Einlassluftdrucks und des tatsächlichen Messwerts des mit dem Zylinderdruckfühler PX5 gemessenen Zylinderdrucks berechnet, um dieses Druckverhältnis und den tatsächlichen Messwert der Abgastemperatur mit dem Abgasthermometer Th zu überwachen, und den Lernvorgang nach einer Beurteilung zu beginnen, dass das Druckverhältnis und die Abgastemperatur die von der Kennlinie A dargestellte Beziehung erfüllen (beispielsweise eine Beurteilung, dass das Druckverhältnis und die Abgastemperatur einen Punkt a auf der Kennlinie A gemäß 20 erreichen), oder aber nach einer Beurteilung, dass die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine ansteigt und die 1400°C erreicht.
Trotzdem wird der Lernvorgang in dieser Ausführungsform nicht (nur) an dem Punkt gestartet, an dem die Beurteilung gemacht wird, dass die Gasturbinenausgangsleistung (die Stromgeneratorausgangsleistung) einfach gleich oder größer als der korrigierte 1400°CMW ist, oder wenn die Beurteilung gemacht wird, dass die Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine 1400°C basierend auf der Kennlinie A erreicht, sondern auch nach dem Verstreichen einer bestimmten Zeitspanne, seitdem die Abweichung der Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) beseitigt wurde (seit die Lastabweichung beseitigt wurde). Genauer gesagt ist das Lernstart-Beurteilungsmittel auch so konfiguriert, dass es beurteilt, ob eine Abweichung des Messwerts der Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) gegenüber dem Strommesser PW nicht vorhanden ist oder für eine bestimmte Zeitspanne in einem vorbestimmten Bereich bleibt (beispielsweise 30 Minuten). Folglich beginnt dieses Lernstart-Beurteilungsmittel den Lernvorgang nach der vorgenannten Beurteilung, und auch nach der Beurteilung, dass die Abweichung in der Gasturbinenausgangsleistung (die Lastabweichung) nicht vorhanden ist oder für die bestimmte Zeitspanne in dem vorbestimmten Bereich bleibt.
Wenn der Lernvorgang gestartet wird, beginnt die Logik in der Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung 201 gemäß 19 zu funktionieren. Zuerst beginnt eine TIT-Berechnungseinheit 202 eine Berechnung einer aktuellen Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine. Die TIT-Berechnungseinheit 202 berechnet ein aktuelles Druckverhältnis (den Zylinderdruck/den Lufteinlassdruck) des Kompressors 4 unter Verwendung des tatsächlichen Messwerts des Einlassluftdrucks mit dem Einlassluftdruckfühler PX4 und des tatsächlichen Messwerts des Zylinderdrucks mit dem Zylinderdruckfühler PX5. Die TIT-Berechnungseinheit 202 berechnet EXT1400, das die Abgastemperatur des Gasturbinenkörpers 2 darstellt, welche dem Druckverhältnis entspricht, sowie ein temperaturgesteuertes EXT unter Anwendung der folgenden Formel (2) bzw. (3): EXT1400 = FX1400 (Druckverhältnis) (2) Temperaturgesteuertes EXT = FX1500 (Druckverhältnis) (3)
Die Formel (2) ist der Ausdruck der Kennlinie A, welche die Abgastemperatur des Gasturbinenkörpers 2 in Form einer Funktion des Druckverhältnisses des Kompressors 4 ausdrückt.
Die Formel (3) ist der Ausdruck der Kennlinie B, welche die Abgastemperatur des Gasturbinenkörpers 2 in Form einer weiteren Funktion des Druckverhältnisses des Kompressors 4 ausdrückt. Demgemäß dient die Formel (2) zur Berechnung des EXT1400 als erste Abgastemperatur entsprechend dem mittels des Einlassluftdruckfühlers PX4 und des Zylinderdruckfühlers PX5 gemessenen aktuellen Druckverhältnis basierend auf der Kennlinie A (Mittel zum Berechnen der ersten Abgastemperatur). Hierbei dient die Formel (3) zur Berechnung des temperaturgesteuerten EXT als zweite Abgastemperatur entsprechend dem aktuellen Druckverhältnis basierend auf der Kennlinie B (Mittel zum Berechnen der zweiten Abgastemperatur). Wie in 20 als Beispiel gezeigt ist, wird ausgehend davon, dass das gemessene aktuelle Druckverhältnis PR1 ist, die Abgastemperatur EXT1 mittels der Formel (2) als EXT1400 entsprechend dem aktuellen Druckverhältnis PR1 errechnet, während die Abgastemperatur EXT2 mittels der Formel (3) als das temperaturgesteuerte EXT entsprechend dem aktuellen Druckverhältnis PR1 berechnet wird. Man beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht nur auf eine Anwendung der oben beschriebenen Formeln beschränkt ist. Beispielsweise ist es auch möglich, die erste Abgastemperatur und die zweite Abgastemperatur entsprechend dem aktuellen Druckverhältnis mittels linearer Interpolation (Interpolationsberechnung) und dgl. unter Verwendung von Tabellendaten der Druckverhältnisse und der Abgastemperaturen hinsichtlich der Kennlinien A und B zu berechnen.
Die TIT-Recheneinheit 202 ist ein Mittel zum Berechnen einer dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine. Die TIT-Recheneinheit 202 berechnet die aktuelle Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine als dritte Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine entsprechend einer Abgastemperatur EXT einer (aktuellen) tatsächlichen Messgröße. Die Berechnung durch die TIT-Recheneinheit 202 basiert auf der temperaturgesteuerten EXT und der nach obiger Beschreibung berechneten EXT1400, dem Wert 1400°C und dem Wert 1500°C als erste und zweite Verbrennungsgastemperaturen am Einlass der Gasturbine sowie den tatsächlichen Messwert der Abgastemperatur (wie z.B. der Abgastemperatur EXT3 in 20), gemessen mit dem Abgasthermometer Th, und verwendet die folgende Formel (4), die eine lineare Interpolationsformel (Interpolationsberechnung) darstellt. Man beachte, dass es auch möglich ist, die Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine entsprechend dem (aktuellen) tatsächlichen Messwert der Abgastemperatur EXT durch lineare Interpolation (Interpolationsberechnung) gemäß der folgenden Formel (5), die prinzipiell gleich der Formel (4) ist, zu berechnen:
Als nächstes berechnet eine Recheneinheit 203 des idealen MW als Mittel zur Berechnung einer dritten Gasturbinenausgangsleistung den idealen MW als dritte Gasturbinenausgangsleistung (die Stromgeneratorausgangsleistung) entsprechend der Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine, berechnet durch die TIT-Recheneinheit 202 mittels der folgenden Formel (6), die eine lineare Interpolationsformel (Interpolationsberechnung) darstellt. Die Berechnung durch die Recheneinheit 203 des idealen MW basiert auf der Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine, berechnet durch die TIT-Recheneinheit 202, dem Wert 1400°C und dem Wert 1500°C als erste und zweite Verbrennungsgastemperaturen am Einlass der Gasturbine, dem 1400°CMW-Wert als erste Gasturbinenausgangsleistung und dem 1500°CMW-Wert (der temperaturgesteuerten MW) als zweite Gasturbinenausgangsleistung. Es ist anzumerken, dass es auch möglich ist, den idealen MW durch lineare Interpolation (Interpolationsberechnung) gemäß der folgenden Formel (7) zu berechnen, die im wesentlichen gleich der Formel (6) ist. Die Recheneinheit 203 des idealen MW stellt einen Grenzwert auf, um zu verhindern, dass der ideale MW aus irgendeinem Grund den temperaturgesteuerten MW überschreitet:
Der 1500°CMW-Wert (der temperaturgesteuerte MW) ist ein Wert, der von der Multiplikationsschaltung 55 in 16 ausgegeben wird, und ist ein Wert bezüglich einer bestimmten Einlasslufttemperatur, eines bestimmten ELS-Öffnungsgrad-Befehlswerts, einem bestimmten Turbinen-Bypassverhältnis und einem atmosphärischen Druckverhältnis, wie sie vorher beschrieben wurden. Die 1400°CMW-Größe ist eine Größe, die von einer Multiplikationsschaltung 302 in 21 ausgegeben wird und ein Wert ist, der mittels der folgenden Formel (8) entsprechend der Rechenmethode wie in dem Fall des 1500°CMW-Werts (des temperaturgesteuerten MW) berechnet wird. D.h., der 1400°CMW-Wert ist auch ein Wert bezüglich einer bestimmten Einlasslufttemperatur, eines bestimmten ELS-Öffnungsgrad-Befehlswerts, einem bestimmten Turbinen-Bypassverhältnis und dem atmosphärischen Druckverhältnis: 1400° CMW = FX (Einlasslufttemperatur, ELS – Offnungsgrad, Turbinen – Bypassverhältnis, atmosphärisches Druckverhältnis) (8)
Die folgende Erläuterung basiert auf der in 21 dargestellten Rechenlogik. Zunächst berechnet ein Funktionsgenerator 302, der als Gasturbinenausgangsleistungs-Berechnungsmittel dient, den 1400°CMW-Wert als die erste Gasturbinenausgangsleistung entsprechend der ersten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine bei 1400°C. Die Berechnung durch den Funktionsgenerator 302 basiert auf einem tatsächlichen Messwert einer Einlasslufttemperatur, gemessen von dem Einlassluftthermometer Ta, dem ELS-Öffnungsgrad-Befehlswert und dem Turbinen-Bypassverhältnis (einer Turbinen-Bypassströmungsrate/einer Einlassluftströmungsrate), berechnet durch Dividieren eines tatsächlichen Messwerts einer mit dem Turbinen-Bypass-Strömungsmesser FX2 gemessenen Turbinen-Bypassströmungsrate durch einen tatsächlichen Messwert einer Einlassluftströmungsrate (die einer Druckluft-Gesamtmenge entspricht), gemessen mit dem Einlassluft-Strömungsmesser FX1 mittels der Divisionsschaltung 53. D.h., der 1400°CMW-Wert wird unter Berücksichtigung des ELS-Öffnungsgrads, der Einlasslufttemperatur und des Turbinen-Bypassverhältnisses berechnet. Das Rechenverfahren für diesen 1400°CMW-Wert ist das gleiche wie in dem oben beschrieben Fall des 1500°CMW-Werts. Eine Divisionsschaltung 304 berechnet das atmosphärische Druckverhältnis (die Einlasslufttemperatur/den Standard-Atmosphärendruck) durch Dividieren des Einlassluftdrucks (des atmosphärischen Drucks) des mit dem Einlassluftdruckfühler PX4 gemessenen tatsächlichen Messwert durch den von einem Signalgenerator 305 erstellten atmosphärischen Standarddruck. Die Multiplikationsschaltung 301 berechnet den 1400°CMW-Wert unter Berücksichtigung des atmosphärischen Druckverhältnisses durch Multiplizieren des von dem Funktionsgenerator 302 berechneten 1400°CMW-Werts mit dem von der Divisionsschaltung 304 berechneten atmosphärischen Druckverhältnis.
Dann erhält gemäß 19 die Subtraktionsschaltung (der Abweichungsoperator) 63 eine Abweichung zwischen der von der Berechnungseinheit 203 des idealen MW berechneten idealen MW und dem mit dem Strommesser PW gemessenen tatsächlichen Messwert der Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) (Stromgeneratorausgangsleistung- idealer MW). Ein Funktionsgenerator 211 berechnet einen gewichteten Koeffizienten entsprechend dem von der CLCSO-Rechenlogik gefundenen CLCSO, basierend auf einer Funktion zwischen dem voreingestellten CLCSO gemäß 22 und dem gewichteten Koeffizienten, und gibt den gewichteten Koeffizienten an eine Multiplikationsschaltung 212 aus. In dem in 22 gezeigten Beispiel ist der gewichtete Koeffizient gleich 0 in einem Bereich des CLCSO von 0(%)-80(%) eingestellt, während der gewichtete Koeffizient von 0 auf 1 in Reaktion auf eine Erhöhung des CLCSO von 80% auf 100% erhöht wird. Die Funktion ist jedoch nicht auf das vorhergehende beschränkt. Es ist auch möglich, beispielsweise den Wert des CLCSO zu ändern, wenn der gewichtete Koeffizient zu steigen beginnt, oder den Maximalwert des gewichteten Koeffizienten in angemessener Weise zu ändern.
Die Multiplikationsschaltung 212 führt eine Gewichtung durch Multiplizieren der von der Subtraktionsschaltung (einem Abweichungsoperator) 204 ausgegebenen Abweichung mit dem von dem Funktionsgenerator 212 ausgegebenen gewichteten Koeffizienten durch, und gibt dann die gewichtete Abweichung an einen PI-(Proportional-Integral-)Controller 205 (ein Mittel zum Gewichten) aus. Man beachte, dass das Gewichtungsverfahren der Abweichung nicht auf den auf dem CLCSO basierenden Fall beschränkt ist. Es ist auch möglich, eine Gewichtung basierend auf der Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine durchzuführen, die durch die TIT-Recheneinheit 202 berechnet wird. In diesem Fall wird der gewichtete Koeffizient, der eine Erhöhung in Reaktion auf eine Erhöhung der Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine erfährt, durch den Funktionsgenerator 211 in jedem Fall der CLCSO berechnet. Dieser gewichtete Koeffizient wird mit der Abweichung mittels der Multiplikationsschaltung 212 multipliziert.
Der PI-(Proportional-Integral-)Controller 205 berechnet einen Korrekturkoeffizienten (von 0 bis 1), in dem die Abweichung, die mit der Subtraktionsschaltung (dem Abweichungsoperator) 204 erhalten wird und mit der Multiplikationsschaltung 212 gewichtet wird, Proportional- und Integraloperationen unterzogen wird. Ein Anfangswert (d.h., ein Anfangswert des Korrekturkoeffizienten) wird an dem PI-Controller 205 auf 1 eingestellt. Wenn die Gasturbinenausgangsleistung (die Stromgeneratorausgangsleistung) aufgrund der Leistungsminderung der Gasturbine 1 unter den temperaturgesteuerten MW fällt, wird eine Ausgabe (d.h., der Korrekturkoeffizient) von dem PI-Controller 205 allmählich von 1 gemindert, indem die Abweichung zwischen der Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) und dem temperaturgesteuerten MW an diesem Punkt den Proportional- und Integraloperationen unterzogen wird. Die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung 201 speichert den von dem PI-Controller 205 erhaltenen (erlernten) Korrekturkoeffizienten. Wenn die Gasturbine 1 anhält, hält die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung 201 auch den Lernvorgang an. Wenn aber die Gasturbine 1 neu startet, um den Lernvorgang durch die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung 201 wieder aufzunehmen, wird der von der Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung 201 bei dem vorangehenden Betrieb der Gasturbine erlernte Korrekturkoeffizient (d.h., der unmittelbar vor dem Anhalten des Lernvorgangs erhaltene Korrekturkoeffizient) als der Initialwert des PI-Controllers 205 im laufenden Betrieb definiert. Man beachte, dass eine proportionale Verstärkung und eine Integralzeit, die in dem PI-Controller 205 verwendet werden, in Abhängigkeit von Tests oder dgl. auf geeignete Werte eingestellt werden können. Alternativ kann die proportionale Verstärkung auch gleich 0 eingestellt werden (der PI-Controller 205 führt in diesem Fall nur die Integraloperation aus).
Ein LOW-Begrenzer 206 setzt einen unteren Grenzwert des Korrekturkoeffizienten (der von 0 bis 1 reicht), der mit dem PI-Controller 205 berechnet wird, auf 95. Genauer gesagt wird ein Lernbereich (der Bereich des Korrekturkoeffizienten) im Bereich von 0,95 bis 1 eingestellt. Wie vorher beschrieben wurde, liegt der Grund zur Bereitstellung des begrenzten Umfangs des Lernbereichs (des Bereichs des Korrekturkoeffizienten) darin, eine Größe einer vermutlichen Verringerung der Stromgeneratorausgangsleistung (der Gasturbinenausgangsleistung) durch eine normale Leistungsminderung der Gasturbine 1 zu berücksichtigen und eine übermäßige Korrektur, die einem anomalen Abfall der Ausgangsleistung der Gasturbine 1 zuzuschreiben ist, zu vermeiden.
Eine Multiplikationsschaltung 207 multipliziert den Korrekturkoeffzienten mit dem 1500°CMW-Wert (dem temperaturgesteuerten MW), der von der Multiplikationsschaltung 55 gemäß 16 eingegeben wird, um den 1500°CMW-Wert (den temperaturgesteuerten MW) zu korrigieren, und gibt das Multiplikationsergebnis an die Recheneinheit 203 des idealen MW aus. Eine Multiplikationsschaltung 208 multipliziert den Korrekturkoeffzienten mit dem von der Multiplikationsschaltung 301 gemäß 21 eingegebenen 1400°CMW-Wert, um den 1400°CMW-Wert zu korrigieren, und gibt das Multiplikationsergebnis an die Recheneinheit 203 des idealen MW aus. Mit anderen Worten bilden die Subtraktionsschaltung (der Abweichungsoperator) 204, der PI-Controller 205, die Multiplikationsschaltungen 207 und 208 usw. gemeinsam ein Mittel zur Korrektur der ersten Gasturbinenausgangsleistung und der zweiten Gasturbinenausgangsleistung. Außerdem berechnet die Recheneinheit 203 des idealen MW den idealen MW mittels irgendeiner der oben beschriebenen Formeln (6) oder (7), basierend auf dem korrigierten 1500°CMW-Wert (der temperaturgesteuerten MW) und dem 1400°CMW-Wert.
Durch Wiederholen der oben beschriebenen Prozessreihe stimmt der Wert der von der Recheneinheit 203 des idealen MW berechneten idealen MW mit dem tatsächlichen Messwert der Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) überein. Dann wird der 1500°CMW (der temperaturgesteuerte MW), korrigiert mit dem Korrekturkoeffzienten durch die Multiplikationsschaltung 207, an die Subtraktionsschaltung 57 in der in 16 gezeigten CLCSO-Rechenlogik zur Verwendung bei der Berechnung des CLCSO ausgegeben. Man beachtet, dass ein Selektor 209 eines niedrigeren Werts einen niedrigeren Wert als den 1500°CMW-Wert (der temperaturgesteuerten MW) nach Korrektur durch die Multiplikationsschaltung 207 und der in einem Signalgenerator 210 erstellten Soll-Stromgeneratorausgangsleistung (der Soll-Gasturbinenausgangsleistung) auswählt. Dann gibt der Selektor 209 des niedrigeren Werts den ausgewählten Wert zur Verwendung bei der Steuerung der maximalen Leistung der Laststeuerung, LRCSO (eine Geschwindigkeitsbegrenzung bei dem CSO), der Temperatursteuerung und als Bildschirmanzeige in einem Bedienungsraum usw. aus.
Der korrigierte 1400°CMW-Wert, der von der Multiplikationsschaltung 208 auszugeben ist, wird zur Bestimmung der Startbedingung des Lernvorgangs benutzt, wie schon beschrieben wurde. Man beachte, dass es auch möglich ist, diesen korrigierten 1400°CMW-Wert für irgendeine Art von Steuerung, eine Bildschirmanzeige usw. anzuwenden.
Es ist anzumerken, dass diese Ausführungsform zwar den Fall der Anwendung der beiden Kennlinien A und B beschreibt, welche die Verbrennungsgastemperaturen am Einlass der Gasturbine gleich 1400°C bzw. 1500°C darstellen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht nur auf diese Konfiguration beschränkt. Es ist auch möglich, andere Kennlinien anzuwenden, welche zu den Verbrennungsgastemperaturen unterschiedliche Temperaturen am Einlass der Gasturbine statt der Kennlinie A bei 1400°C und der Kennlinie B bei 1500°C darstellen. Alternativ ist es auch möglich, andere Kennlinien mit unterschiedlichen Temperaturen zusätzlich zu den Kennlinien A und B der Temperaturen von 1400°C bzw. 1500°C anzuwenden.
Beispielsweise ist es zusätzlich zu den Kennlinien A und B bei den Temperatur von 1400°C bzw. 1500°C auch möglich, eine Kennlinie C anzuwenden, die eine Beziehung zwischen dem Druckverhältnis und der Abgastemperatur darstellt, wenn die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine auf 1300°C eingestellt ist, ebenso wie eine Kennlinie D, die eine Beziehung zwischen dem Druckverhältnis und der Abgastemperatur darstellt, wenn die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine auf 1200°C eingestellt ist. In diesem Fall können anzuwendende Verfahren ähnlich den Verfahren zum Erhalt der Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine und des idealen MW durch Ausführen der linearen Interpolation (Interpolationsberechnung) zwischen der Kennlinie B und der Kennlinie A nach obiger Beschreibung sein. Durch diese Verfahren ist es auch möglich, die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine und den idealen MW durch Ausführen der linearen Interpolation (Interpolationsberechnung) beispielsweise zwischen der Kennlinie A und der Kennlinie C oder zwischen der Kennlinie C und der Kennlinie D zu berechnen. Auf diese Weise ist es möglich, eine automatische Korrektur der Gasturbinenausgangsleistung auch bei einer niedrigen Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine durchzuführen. Man beachte, dass im Fall der Durchführung der linearen Interpolation zwischen der Kennlinie C und der Kennlinie D die Kennlinie D beispielsweise die erste Kennlinie bildet, während die Kennlinie C die zweite Kennlinie bildet. Außerdem wird die erste Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine gleich 1200°C, während die zweite Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine gleich 1300°C wird. Ferner stellt in diesem Fall ein 1200°C-CMW-Wert der Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) entsprechend der Temperatur von 1200°C die erste Gasturbinenausgangsleistung dar, während ein 1300°-CMW-Wert der Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) entsprechend der Temperatur von 1300°C die zweite Gasturbinenausgangsleistung darstellt. Der 1200°C-CMW-Wert und der 1300°C-CMW-Wert können durch eine ähnliche Methode wie im Fall des 1500°C-CMW-Werts als der Wert berechnet werden, der sich auf eine bestimmte Einlasslufttemperatur, einen bestimmten ELS-Öffnungsgrad-Befehlwert, ein bestimmtes Turbinen-Bypassverhältnis und atmosphärisches Druckverhältnis bezieht.
(Berechnung jeweiliger Ventilpositions-Befehlswerte, basierend auf CLCSO)
Als nächstes wird die Bearbeitung zur Berechnung der jeweiligen Ventilpositions-Befehlswerte, basierend auf dem CLCSO, beschrieben.
Zunächst wird die Rechenlogik des Brennkammer-Bypassventilpositions-Befehlswerts (des BYCSO) mit Bezug auf 24 beschrieben. Ein Funktionsgenerator 71 berechnet den BYCSO entsprechend dem CLCSO, der gemäß der Rechenlogik des CLCSO, basierend auf der voreingestellten Funktion des CLCSO und dem Brennkammer-Bypassventilpositions-Befehlswert (dem BYCSO) gemäß 9 berechnet wurde.
Bei dieser Rechenlogik wird dieser Brennkammer-Bypassventilpositions-Befehlswert einer Korrektur basierend auf dem CLCSO sowie einer Korrektur, basierend auf der Einlasslufttemperatur unterzogen. Genauer gesagt berechnet ein Funktionsgenerator 72 einen gewichteten Korrekturwert entsprechend dem CLCSO, der gemäß der Rechenlogik des CLCSO basierend auf einer Funktion des CLCSO und der Korrekturgewichtung gemäß 25 berechnet wurde, die in den Vorstudien erstellt wurde (den Gasturbinen-Gestaltungsprozessen). Ein Funktionsgenerator 73 berechnet Korrekturkoeffizienten entsprechend dem tatsächlichen Messwert der Einlasslufttemperatur basierend auf einer Funktion der Einlasslufttemperatur und dem Korrekturkoeffizienten gemäß 26, der in den Voruntersuchungen erstellt wird (dem Gasturbinen-Gestaltungsprozess). Eine Multiplikationsschaltung 74 berechnet einen Einlasslufttemperatur-Korrekturbetrag durch Multiplizieren der gewichteten Korrekturgröße, basierend auf dem mit dem Funktionsgenerator 72 berechneten CLCSO, mit dem auf der mit dem Funktionsgenerator 73 berechneten Einlasslufttemperatur basierenden Korrekturkoeffzienten. Eine Subtraktionsschaltung 75 führt die Korrektur der Einlasslufttemperatur des BYCSO durch Subtrahieren der Einlasslufttemperatur-Korrekturgröße, berechnet mit der Multiplikationsschaltung 74, von dem mit dem Funktionsgenerator 71 berechneten BYCSO durch. D.h., die Funktionsgeneratoren 72 und 73, die Multiplikationsschaltung 74 und die Subtraktionsschaltung 75 bilden gemeinsam Einlasslufttemperatur-Korrekturmittel.
Der Grund zur Durchführung der Korrektur des BYCSO basierend auf der Einlasslufttemperatur besteht darin, eine angemessenere Verbrennungssteuerung in Bezug auf die Abweichung der Einlasslufttemperatur gegenüber dem Fall des Bestimmens des BYCSO einfach auf der Basis des CLCSO (der Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine) zu erzielen. Es ist jedoch anzumerken, dass der Einlasslufttemperatur-Korrekturbetrag auf einen relativ hohen Wert in Bezug auf den BYCSO eingestellt werden kann, ohne irgendwelche Probleme bei niedriger Last (einer niedrigen Gasturbinenausgangsleistung) zu verursachen. Eine geringfügige Änderung des BYCSO kann jedoch eine starke Änderung eines Verbrennungszustands bei einer hohen Last (einer hohen Gasturbinenausgangsleistung) verursachen. Demgemäß ist es nötig, den Einlasslufttemperatur-Korrekturbetrag relativ zu dem BYCSO zu verringern. Aus diesem Grund wird die Gewichtung der Korrektur in Reaktion auf den CLCSO (d.h., die Gasturbinenausgangsleistung) nach obiger Beschreibung bestimmt, und der angemessene Einlasslufttemperatur-Korrekturbetrag für den BYCSO entsprechend dem CLCSO wird durch Multiplizieren dieses gewichteten Werts mit dem Korrekturkoeffizienten bestimmt, der aus der Einlasslufttemperatur erhalten wird.
Danach steuert die Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 die Bypassströmungsrate der Druckluft relativ zu der Brennkammer 3 durch Regeln des Öffnungsgrads des Brennkammer-Bypassventils 8 basierend auf dem gemäß dieser Rechenlogik berechneten CLCSO.
Als nächstes wird eine Rechenlogik (Brennstoffströmungsraten-Befehlseinstellmittel) eines Pilotbrennstoffströmungsraten-Befehlswerts (PLCSO) mit Bezug auf 27 beschrieben. Ein Funktionsgenerator 81 berechnet das Pilotverhältnis entsprechend der gemäß der Rechenlogik des CLCSO berechneten CLCSO basierend auf der Funktion des CLCSO und dem Pilotverhältnis, das vorab erstellt wird, wie 7 zeigt.
Auch bei dieser Rechenlogik wird dieses Pilotverhältnis einer Korrektur basierend auf dem CLCSO und einer Korrektur basierend auf der Einlasslufttemperatur unterzogen. Im einzelnen berechnet ein Funktionsgenerator 82 eine gewichtete Korrekturgröße entsprechend dem CLCSO, berechnet gemäß der Rechenlogik des CLCSO basierend auf der Funktion des CLCSO und der Gewichtung der Korrektur gemäß 25, die in Voruntersuchungen (den Gasturbinen-Gestaltungsprozessen) aufgestellt wurde. Ein Funktionsgenerator 83 berechnet einen Korrekturkoeffizienten entsprechend dem tatsächlichen Messwert der Einlasslufttemperatur basierend auf der Funktion der Einlasslufttemperatur und dem Korrekturkoeffizienten gemäß 26, der in den Voruntersuchungen erstellt wurde (den Gasturbinen-Gestaltungsprozessen). Eine Multiplikationsschaltung 84 berechnet einen Einlasslufttemperatur-Korrekturbetrag durch Multiplizieren des gewichteten Korrekturwerts basierend auf dem mit dem Funktionsgenerator 82 berechneten CLCSO mit dem Korrekturkoeffizienten basierend auf der mit dem Funktionsgenerator 83 berechneten Einlasslufttemperatur. Eine Subtraktionsschaltung 85 führt die Korrektur der Einlasslufttemperatur des Pilotverhältnisses durch Subtrahieren der Einlasslufttemperatur-Korrekturgröße, berechnet mit der Multiplikationsschaltung 84, von dem mit dem Funktionsgenerator 81 berechneten Pilotverhältnis aus. Mit anderen Worten bilden die Funktionsgeneratoren 82 und 83, die Multiplikationsschaltung 84 und die Subtraktionsschaltung 85 gemeinsam das Einlasslufttemperatur-Korrekturmittel.
Der Grund für die Durchführung der Korrektur des Pilotverhältnisses, basierend auf der Einlasslufttemperatur, besteht darin, eine angemessenere Verbrennungssteuerung bezüglich der Abweichung der Einlasslufttemperatur im Vergleich zu dem Fall zu erreichen, bei dem das Pilotverhältnis einfach basierend auf dem CLCSO (der Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine) bestimmt wird. Es ist jedoch anzumerken, dass der Einlasslufttempera tur-Korrekturbetrag auf einen relativ hohen Wert bezüglich des Pilotverhältnisses eingestellt werden kann, ohne irgendwelche Probleme bei niedriger Last (der niedrigen Gasturbinenausgangsleistung) zu verursachen. Eine geringfügige Änderung des Pilotverhältnisses kann aber eine starke Änderung des Verbrennungszustands bei hoher Last (d.h., der hohen Gasturbinenausgangsleistung) verursachen. Demgemäß ist es notwendig, den Einlasslufttemperatur-Korrekturbetrag in Bezug auf das Pilotverhältnis zu verringern. Aus diesem Grund wird die Gewichtung der Korrektur in Reaktion auf den CLCSO (d.h., die Gasturbinenausgangsleistung) nach obiger Beschreibung bestimmt, und der angemessene Einlasslufttemperatur-Korrekturbetrag für das Pilotverhältnis entsprechend dem CLCSO wird durch Multiplizieren dieses Gewichtungswerts mit dem Korrekturkoeffizienten, der aus der Einlasslufttemperatur erhalten wird, bestimmt.
Danach berechnet eine Multiplikationsschaltung 86 die PLCSO durch Multiplizieren eines Gesamt-Brennstoffströmungsraten-Befehlswerts (CSO) mit dem durch die Subtraktionsschaltung 85 berechneten Pilotverhältnis. Der Gesamt-Brennstoffströmungsraten-Befehlswert (CSO) ist ein Wert proportional zu einer Gesamt-Brennstoffgasströmungsrate (einer gewichteten Strömungsrate) G_f, die der Brennkammer 3 zuzuführen ist (CSO ∞ G_f). Daher ist der PLCSO ein Wert proportional zu der Pilotgas-Brennstoffströmungsrate G_fPL.
Man beachte, dass der Gesamt-Brennstoffströmungsraten-Befehlswert CSO basierend auf einer Beziehung zwischen einem Stromgeneratorausgangsleistungs-Befehlswert, der vorab in den Voruntersuchungen (den Gasturbinen-Gestaltungsprozessen) erstellt wird, und der CSO (der Gesamt-Brennstoffgasströmungsrate G_f) ist. Im einzelnen stellt die Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 den Gesamt-Brennstoffströmungsraten-Befehlswert (CSO) basierend auf der voreingestellten Beziehung (der Funktion) zwischen dem Stromgeneratorausgangsleistungs-Befehlswert und der CSO mittels des von dem zentralen Lastverteilerzentrum oder dgl. erstellten Stromgeneratorausgangsleistungs-Befehlswert auf. Es ist jedoch anzumerken, dass die Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 den Gesamt-Brennstoffströmungsraten-Befehlswert CSO mittels einer nichtdargestellten Steuereinheit einstellt, so dass der tatsächliche Messwert der Stromgeneratorausgangsleistung mit dem Stromgeneratorausgangsleistungs-Befehlswert übereinstimmt. Beispielsweise wird der Gesamt-Brennstoffströmungsraten-Befehlswert CSO so eingestellt, dass der tatsächliche Messwert der Stromgeneratorausgangsleistung mit dem Stromgeneratorausgangsleistungs-Befehlswert dadurch übereinstimmt, dass eine Abweichung zwischen dem tatsächlichen Messwert der Stromgeneratorausgangsleistung und dem Stromgeneratorausgangsleistungs-Befehlswert Proportional- und Integral-Operationen mit einem PI-Controller unterzogen wird.
Als nächstes wird eine Rechenlogik (das Brennstoffströmungsraten-Befehlseinstellmittel) eines Top-Hat-Strömungsraten-Befehlswerts (THCSO) unter Bezugnahme auf 28 beschrieben. Ein Funktionsgenerator 91 berechnet das Top-Hat-Verhältnis entsprechend dem gemäß der Rechenlogik des CLCSO berechneten CLCSO, basierend auf der Funktion des CLCSO und dem Top-Hat-Verhältnis, das vorab gemäß 8 erstellt wird.
Auch bei dieser Rechenlogik wird dieses Top-Hat-Verhältnis einer Korrektur basierend auf dem CLCSO und einer Korrektur basierend auf der Einlasslufttemperatur unterzogen. Im einzelnen berechnet ein Funktionsgenerator 92 einen gewichteten Korrekturwert entsprechend dem CLCSO, der gemäß der Rechenlogik des CLCSO basierend auf der Funktion des CLCSO und der Korrekturgewichtung gemäß 25 berechnet wird, welche in den Voruntersuchungen (den Gasturbinen-Gestaltungsprozessen) erstellt wird. Ein Funktionsgenerator 93 berechnet einen Korrekturkoeffizienten entsprechend dem tatsächlichen Messwert der Einlasslufttemperatur basierend auf der Funktion der Einlasslufttemperatur und dem Korrekturkoeffizienten gemäß 26, der in den Voruntersuchungen (den Gasturbinen-Gestaltungsprozessen) erstellt wird. Eine Multiplikationsschaltung 94 berechnet einen Einlasslufttemperatur-Korrekturbetrag durch Multiplizieren des gewichteten Korrekturwerts basierend auf dem mit dem Funktionsgenerator 92 berechneten CLCSO mit dem Korrekturkoeffzienten basierend auf der mit dem Funktionsgenerator 93 berechneten Einlasslufttemperatur. Eine Subtraktionsschaltung 95 führt die Einlasslufttemperatur-Korrektur des Top-Hat-Verhältnisses durch Subtrahieren des mit der Multiplikationsschaltung 94 berechneten Einlasslufttemperatur-Korrekturbetrags von dem mit dem Funktionsgenerator 91 berechneten Top-Hat-Verhältnisses durch. D.h., die Funktionsgeneratoren 92 und 93, die Multiplikationsschaltung 94 und die Subtraktionsschaltung 95 bilden gemeinsam das Einlasslufttemperatur-Korrekturmittel.
Der Grund für die Durchführung der Korrektur des Top-Hat-Verhältnisses basierend auf der Einlasslufttemperatur besteht darin, eine angemessenere Verbrennungssteuerung bezüglich der Abweichung der Einlasslufttemperatur im Vergleich zu dem Fall der Bestimmung des Top-Hat-Verhältnisses einfach auf der Basis des CLCSO (der Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine) zu erzielen. Es ist jedoch anzumerken, dass der Einlasslufttemperatur-Korrekturbetrag auf einen relativ hohen Wert in Bezug auf das Top-Hat-Verhältnis eingestellt werden kann, ohne irgendwelche Probleme bei niedriger Last (der niedrigen Gasturbinenausgangsleistung) zu verursachen. Eine geringfügige Änderung des Top-Hat-Verhältnisses kann aber eine starke Änderung im Verbrennungszustand bei hoher Last (der hohen Gasturbinenausgangsleistung) verursachen. Demgemäß ist es notwendig, die Einlasslufttemperatur-Korrekturgröße relativ zu dem Top-Hat-Verhältnis zu verringern. Aus diesem Grund wird die Gewichtung der Korrektur in Reaktion auf den CLCSO (d.h., die Gasturbinenausgangsleistung) nach obiger Beschreibung bestimmt, und der angemessene Einlasslufttemperatur-Korrekturbetrag für das Top-Hat-Verhältnis entsprechend dem CLCSO wird durch Multiplizieren dieses Gewichtungswerts mit dem Korrekturkoeffzienten bestimmt, der aus der Einlasslufttemperatur erhalten wird. Obwohl Details später beschrieben werden, wird auch das Hauptverhältnis basierend auf dem Pilotverhältnis und dem Top-Hat-Verhältnis berechnet und wird daher der Einlasslufttemperatur-Korrektur unterzogen.
Eine Multiplikationsschaltung 96 berechnet den THCSO durch Multiplizieren des CSO mit dem mit der Subtraktionsschaltung 95 berechneten Top-Hat-Verhältnis. Der THCSO ist proportional zu der Top-Hat-Gasbrennstoffströmungsrate (einer gewichteten Strömungsrate) G_fTH.
Als nächstes wird die Rechenlogik der jeweiligen Strömungsraten-Steuerventilpositions-Befehlswerte mit Bezug auf 29 beschrieben.
Zunächst wird die Rechenlogik des Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventil-Befehlswerts beschrieben. Ein Funktionsgenerator 101 berechnet den Wert der Pilotbrennstoffströmungsrate G_fPL entsprechend dem mit der Multiplikationsschaltung 86 entsprechend der Rechenlogik des PLCSO nach obiger Beschreibung berechneten PLCSO, basierend auf einer Funktion des PLCSO und der Pilot-Gasströmungsrate G_fPL gemäß 30 als Beispiel (Brennstoffströmungsraten-Einstellmittel). Mit anderen Worten wird der PLCSO in eine gewichtete Strömungsrate Q umgewandelt. Die Funktion des PLCSO und der Pilotbrennstoffgasströmungsrate G_fPL (oder eine proportionale Beziehung zwischen diesen) wird vorab in den Voruntersuchung (den Gasturbinen-Gestaltungsprozessen) erstellt.
Anschließend wird der Cv-Wert des Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventils 19 basierend auf der folgenden Formel (9), die eine Cv-Berechnungsformel darstellt, berechnet:
In der Formel (9) bezeichnet das Bezugszeichen t die Temperatur des in dem Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventil 19 strömenden Pilotbrennstoffgases. Ein mit dem Brennstoffgasthermometer Tf gemessener Wert wird auf diese Pilotbrennstoffgastemperatur angewandt. Das Bezugszeichen γ bezeichnet ein Gasdichteverhältnis in Bezug auf die Luft, das ein voreingestellter Wert ist. Das Bezugszeichen G bezeichnet die Pilotbrennstoffgasströmungsrate (die gewichtete Strömungsrate) bei Durchströmen des Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventils 19. Die Pilotbrennstoffströmungsrate G_fPL, die mit dem Funktionsgenerator 101 berechnet wird, wird auf diese Pilotbrennstoffgasströmungsrate angewandt. Das Bezugszeichen a bezeichnet einen Koeffizienten, der zum Umwandeln der Pilotbrennstoffgasströmungsrate G in eine Volumen-Strömungsrate (m³/h) bei 15,6°C und bei 1 ata verwendet wird. Der Koeffizient a ist ein voreingestellter Wert. Das Bezugszeichen γ_N bezeichnet eine Gasdichte in einem normalen Zustand.
Außerdem bezeichnet in der Formel (9) das Bezugszeichen P₂ einen Staudruck (einen Druck an einer stromabwärtigen Seite) des Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventils 19. Ein Messwert oder ein Korrekturwert (wird später im Detail beschrieben) der Pilotverteiler-Druckfühlers PX2 wird auf diesen Staudruck angewandt. Das Bezugszeichen P1 bezeichnet einen Frontdruck (einen Druck an einer stromaufwärtigen Seite) des Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventils 19. Ein durch Addieren eines Differentialdrucks von vorne nach hinten des Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventils 19 erhaltener Wert (beispielsweise 4 kg/cm²) zu dem Messwert des Pilotverteiler-Druckfühlers PX2 wird auf diesen Frontdruck angewandt. Dieser Differentialdruck von vorne nach hinten wird mittels des Pilotbrennstoff-Drucksteuerventils 18 so eingestellt, dass er ein konstanter Wert ist. Es ist jedoch anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt bleibt. Es ist möglich, einen Messwert des Pilotbrennstoff-Differentialdruckfühlers PDX2 auf den Differentialdruck von vorne nach hinten anzuwenden. Wenn der Frontdruck des Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventils 19 mit einem Druckfühler gemessen wird, ist es alternativ auch möglich, den Messwert dieses Druckfühlers auf den P1-Wert anzuwenden.
Bei der auf der Rechenlogik basierenden Erläuterung führt ein Funktionsgenerator 102 eine Berechnung gemäß der folgenden Formel (10) basierend auf dem Pilotverteilerdruck (als Staudruck P2 verwendet) aus, der entweder der tatsächliche Messwert oder der Korrekturwert mittels der Verteilerdruck-Korrekturlogik 130 (im einzelnen später beschrieben) ist, die als Druck-Korrekturmittel fungiert:
Ein Funktionsgenerator 103 führt eine Berechnung gemäß der folgenden Formel (11) basierend auf der Brennstoffgastemperatur durch (die als Pilotbrennstoffgastemperatur t verwendet wird), die entweder ein tatsächlicher Messwert ist, der mittels der Brennstoffgastemperatur-Korrekturlogik 120 eingegeben wird (wird im Detail später beschrieben), die als Brennstofftemperatur-Korrekturmittel fungiert, oder ein Konstantwert:
Eine Multiplikationsschaltung 104 multipliziert die mit dem Funktionsgenerator 101 berechnete Pilotbrennstoffströmungsrate G_fpL (die als Pilotbrennstoffströmungsrate G verwendet wird) mit einem Rechenergebnis des Funktionsgenerators 102, und dann mit einem Rechenergebnis des Funktionsgenerators 103. Auf diese Weise wird die Berechnung der oben beschrieben Formel (9) abgeschlossen, und der Cv-Wert des Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventils 19 wird erhalten (Cv-Wert-Einstellmittel). Ein Funktionsgenerator 105 berechnet einen Öffnungsgrad des Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventils entsprechend dem mit der Multiplikationsschaltung 104 berechneten Cv-Wert des Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventils 19 basierend auf einer Funktion des Öffnungsgrads des Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventils und des Cv-Werts gemäß 31, der vorab in den Voruntersuchungen (Spezifikationen zum Steuerventil) erstellt wurde. Dann wird der Öffnungsgrad des Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventils als Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventil-Positionsbefehlswert ausgegeben (Brennstoffströmungsraten-Steuerventil-Positionsbefehls-Einstellmittel).
Danach steuert die Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 die Pilotbrennstoffgasströmungsrate durch Regeln des Öffnungsgrad des Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventils 19 basierend auf dem Pilotbrennstoffströmungsraten-Steuerventilpositions-Befehlswert, der gemäß dieser Rechenlogik berechnet wurde.
Nun wird die Rechenlogik des Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventil-Befehlswerts beschrieben. Ein Funktionsgenerator 106 berechnet den Wert der Top-Hat-Brennstoffgasströmungsrate G_fTH entsprechend dem mit der Multiplikationsschaltung 96 berechneten THCSO gemäß der Rechenlogik des THCSO nach obiger Beschreibung basierend auf einer Funktion des THCSO und der Top-Hat-Brennstoffgasströmungsrate G_fTH gemäß 32 als Beispiel (dem Brennstoffströmungsraten-Einstellmittel). Mit anderen Worten wird der THCSO in eine gewichtete Strömungsrate Q umgewandelt. Die Funktion des THCSO (oder eine Proportionalbeziehung zwischen dem THCSO) und der Top-Hat-Brennstoffgasströmungsrate G_fTH wird vorab in den Voruntersuchungen (den Gasturbinen-Gestaltungsprozessen) erstellt. Anschließend wird der Cv-Wert des Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventils 21 basierend auf der oben beschriebenen Formel (9) (der Cv-Wert-Berechnungsformel) berechnet. Hinsichtlich der Formel (9) ist jedoch in diesem Fall anzumerken, dass das Bezugszeichen t die Temperatur des in das Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventil 21 einströmenden Top-Hat-Brennstoffgases bezeichnet. Der mit dem Brennstoffgasthermometer Tf gemessene Wert wird auf diese Top-Hat-Brennstoffgastemperatur angewandt. Das Bezugszeichen G bezeichnet die Top-Hat-Brennstoffgasströmungsrate (die gewichtete Strömungsrate), beim Durchströmen des Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventils 21. Die Top-Hat-Brennstoffgasströmungsrate G_fTH, berechnet mit dem Funktionsgenerator 106, wird auf diese Top-Hat-Brennstoffgasströmungsrate angewandt. Das Bezugszeichen a bezeichnet einen Koeffizienten, der zum Umwandeln der Top-Hat-Brennstoffgasströmungsrate G in eine Volumen-Strömungsrate (m³/h) bei 15,6°C und bei 1 ata verwendet wird.
Außerdem bezeichnet in der Formel (9) das Bezugszeichen P₂ einen Staudruck (einen Druck an einer stromabwärtigen Seite) des Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventils 21. Ein Messwert oder ein Korrekturwert (später im Detail beschrieben) des Top-Hat-Verteiler-Druckfühlers PX3 wird auf diesen Staudruck angewandt. Das Bezugszeichen P1 bezeichnet einen Frontdruck (einen Druck an einer stromaufwärtigen Seite) des Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventils 21. Ein durch Addieren eines Differentialdrucks von vorne nach hinten des Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventils 21 erhaltener Wert (beispielsweise 4 kg/cm²) zu dem Messwert des Top-Hat-Verteiler-Druckfühlers PX3 wird auf diesen Frontdruck angewandt. Dieser Differentialdruck von vorne nach hinten wird unter Verwendung des Top-Hat-Brennstoff-Drucksteuerventils 20 so eingestellt, dass er ein konstanter Wert ist. Es ist jedoch anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht nur auf diese Konfiguration beschränkt ist. Es ist möglich, einen Messwert des Top-Hat-Brennstoff- Differentialdruckfühlers PDX3 auf den Differentialdruck anzuwenden. Wenn der Frontdruck des Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventils 21 mit einem Druckfühler gemessen wird, ist es alternativ auch möglich, den Messwert dieses Druckfühlers auf den P₁-Wert anzuwenden.
Bei der auf der Rechenlogik basierenden Erklärung führt ein Funktionsgenerator 107 die Berechnung gemäß der oben beschriebenen Formel (10) basierend auf dem Top-Hat-Verteilerdruck (als Staudruck P2 verwendet) durch, der entweder der tatsächliche Messwert oder der korrigierte Wert mittels der Verteilerdruck-Korrekturlogik 140 (wird später im Detail beschrieben), die als Druck-Korrekturmittel fungiert, ist. Der Funktionsgenerator 103 führt die Berechnung gemäß der oben beschriebenen Formel (11) basierend auf einem tatsächlichen Messwert der Brennstoffgastemperatur durch (als Top-Hat-Brennstoffgastemperatur t benutzt) (ähnlich wie im Fall der Berechnung des Cv-Werts des Pilotbrennstoffströmungsraten-Ventils 19).
Eine Multiplikationsschaltung 109 multipliziert die Top-Hat-Brennstoffgasströmungsrate G_fTH (als Top-Hat-Brennstoffgasströmungsrate G benutzt), die mit dem Funktionsgenerator 106 berechnet wird, mit einem Rechenergebnis des Funktionsgenerators 107, und dann mit einem Rechenergebnis des Funktionsgenerators 103. Auf diese Weise wird die Berechnung der oben beschrieben Formel (9) abgeschlossen, und der Cv-Wert des Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventils 21 erhalten (das Cv-Wert-Einstellmittel). Ein Funktionsgenerator 110 berechnet einen Öffnungsgrad des Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventils entsprechend dem Cv-Wert des Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventils 21, berechnet mit der Multiplikationsschaltung 109 auf der Basis der Funktion des Öffnungsgrads des Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventils und des Cv-Werts gemäß 31, der vorab in den Voruntersuchungen (den Spezifikationen des Steuerventils) erstellt wurde. Dann wird der Öffnungsgrad des Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventils als Top-Hat- Brennstoffströmungsraten-Steuerventil-Positionsbefehlswert ausgegeben (das Brennstoffströmungsraten-Steuerventil-Positionsbefehls-Einstellmittel).
Danach steuert die Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 die Top-Hat-Brennstoffgasströmungsrate durch Regeln des Öffnungsgrads des Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventils 21 basierend auf dem Top-Hat-Brennstoffströmungsraten-Steuerventilpositions-Befehlswert, der entsprechend dieser Rechenlogik berechnet wird.
Nun wird die Rechenlogik des Hauptbrennstoffströmungsraten-Steuerventil-Befehlswerts beschrieben.
Ein Addierschaltung 111 addiert den mit der Multiplikationsschaltung 86 der Rechenlogik des PLCSO berechneten PLCSO zu der mit der Multiplikationsschaltung 96 der Rechenlogik des THCSO berechneten THCSO (PLCSO + THCSO). Eine Subtraktionsschaltung 113 subtrahiert ein Additionsergebnis mit der Additionsschaltung 111 von dem CSO (MACSO = CSO – PLCSO – THCSO), und berechnet dadurch den Hauptbrennstoffströmungsraten-Befehlswert (MACSO) (das Brennstoffströmungsraten-Befehlseinstellmittel).
Der MACSO ist proportional zu der Hauptbrennstoffgasströmungsrate G_fMA.
Ein Funktionsgenerator 113 berechnet den Wert der Hauptbrennstoffgasströmungsrate G_fMA entsprechend dem mit der Subtraktionsschaltung 112 berechneten MACSO basierend auf einer Funktion der MACSO und der Hauptbrennstoffgasströmungsrate G_fMA gemäß 33 als Beispiel (das Brennstoffströmungsraten-Einstellmittel). Mit anderen Worten wird der MACSO in eine gewichtete Strömungsrate Q umgewandelt. Die Funktion des MACSO (oder eine proportionale Beziehung zwischen dem MACSO) und der Hauptbrennstoffgasströmungsrate G_fMA wird vorab in den Voruntersuchungen (den Gasturbinen-Gestaltungsprozessen) erstellt.
Anschließend wird der Cv-Wert des Hauptbrennstoffgasströmungsraten-Steuerventils 17 basierend auf der oben beschriebenen Formel (9) (der Cv-Wert-Berechnungsformel) berechnet. Hinsichtlich der Formel (9) ist jedoch in diesem Fall anzumerken, dass das Bezugszeichen t die Temperatur des Hauptbrennstoffgases beim Durchströmen des Hauptbrennstoffgasströmungsraten-Steuerventils 17 bezeichnet. Der mit dem Brennstoffgasthermometer Tf gemessene Wert wird auf diese Hauptbrennstoffgastemperatur angewandt. Das Bezugszeichen G bezeichnet die Hauptbrennstoffgasströmungsrate (die gewichtete Strömungsrate), beim Durchströmen des Hauptbrennstoffgasströmungsraten-Steuerventils 17. Die Hauptbrennstoffgasströmungsrate G_fMA, berechnet mit dem Funktionsgenerator 113, wird auf diese Hauptbrennstoffgasströmungsrate angewandt. Das Bezugszeichen a bezeichnet einen Koeffizienten, der zum Umwandeln der Hauptbrennstoffgasströmungsrate G in eine Volumen-Strömungsrate (m³/h) bei 15,6°C und bei 1 ata verwendet wird.
Außerdem bezeichnet in der Formel (9) das Bezugszeichen P₂ einen Staudruck (einen Druck an einer stromabwärtigen Seite) des Hauptbrennstoffgasströmungsraten-Steuerventils 17. Ein Messwert oder ein Korrekturwert (später im Detail zu beschreiben) des Hauptverteiler-Druckfühlers PX1 wird auf diesen Staudruck angewandt. Das Bezugszeichen P1 bezeichnet einen Frontdruck (einen Druck an einer stromaufwärtigen Seite) des Hauptbrennstoffgasströmungsraten-Steuerventils 17. Ein durch Addieren eines Differentialdrucks von vorne nach hinten des Hauptbrennstoffgasströmungsraten-Steuerventils 17 erhaltener Wert (beispielsweise 4 kg/cm²) zu dem Messwert des Hauptverteiler-Druckfühlers PX1 erhaltener Wert wird auf diesen Frontdruck angewandt. Dieser Differentialdruck von vorne nach hinten wird mittels des Hauptbrennstoffgas-Drucksteuerventils 16 auf einen konstanten Wert eingestellt. Es ist jedoch anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht nur auf diese Konfiguration beschränkt ist. Es ist möglich, einen Messwert des Hauptbrennstoffgas-Differentialdruckfühlers PDX1 auf den Differentialdruck von vorne nach hinten anzuwenden. Wenn der Frontdruck des Hauptbrennstoffgasströmungsraten-Steuerventils 17 mit einem Druckfühler gemessen wird, ist es alternativ möglich, den Messwert dieses Druckfühlers auf den P1-Wert anzuwenden.
Bei der auf der Rechenlogik basierenden Erklärung führt ein Funktionsgenerator 114 die Berechnung gemäß der oben beschriebenen Formel (10) basierend auf dem Hauptverteilerdruck (als Staudruck P2 verwendet) durch, der entweder der tatsächliche Messwert oder der korrigierte Wert unter Verwendung der Verteilerdruck-Korrekturlogik 150 (später im Detail zu beschreiben) ist, welche als Druck-Korrekturmittel fungiert. Der Funktionsgenerator 103 führt die Berechnung gemäß der oben beschriebenen Formel (11) basierend auf einem tatsächlichen Messwert der Brennstoffgastemperatur durch (als Hauptbrennstoffgastemperatur t verwendet) (ähnlich dem Fall der Berechnung des Cv-Werts des Pilotbrennstoffströmungsraten-Ventils 19).
Eine Multiplikationsschaltung 115 multipliziert die Hauptbrennstoffgasströmungsrate G_fMA (als Hauptbrennstoffgasströmungsrate G verwendet), die mit dem Funktionsgenerator 113 berechnet wird, mit einem Rechenergebnis des Funktionsgenerators 114, und dann mit einem Rechenergebnis des Funktionsgenerators 103. Auf diese Weise wird die Berechnung der oben beschriebenen Formel (9) abgeschlossen, und der Cv-Wert des Hauptbrennstoffströmungsraten-Steuerventils (des Cv-Wert-Einstellmittels) 17 wird erhalten. Ein Funktionsgenerator 116 berechnet einen Öffnungsgrad des Hauptbrennstoffgasströmungsraten-Steuerventils und berechnet den mit der Multiplikationsschaltung 115 berechneten Cv-Wert des Hauptbrennstoffgasströmungsraten-Steuerventils 17, basierend auf der Funktion des Öffnungsgrads des Hauptbrennstoffgasströmungsraten-Steuerventils und dem Cv-Wert gemäß 31, der vorab in den Voruntersuchungen (den Spezifikationen des Steuerventils) erstellt wurde. Dann wird der Öffnungsgrad des Hauptbrennstoffgasströmungsraten-Steuerventils als Hauptbrennstoffgasströmungsraten-Steuerventil-Positionsbefehlswert ausgegeben (das Brennstoffströmungsraten-Steuerventil-Positionsbefehls-Einstellmittel).
Danach steuert die Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 die Hauptbrennstoffgasströmungsrate durch Regeln des Öffnungsgrads des Hauptbrennstoffgasströmungsraten-Steuerventils 17 basierend auf dem Hauptbrennstoffgasströmungsraten-Steuerventilpositions-Befehlswert, der gemäß dieser Rechenlogik berechnet wurde.
Als nächstes wird die Brennstoffgastemperatur-Korrekturlogik und die Verteilerdruck-Korrekturlogik beschrieben, die als Korrekturlogik im Fall von Anormalitäten von Instrumenten funktionieren.
Als erstes wird die Brennstoffgastemperatur-Korrekturlogik mit Bezug auf 34 beschrieben. Der tatsächliche Messwert der Brennstoffgastemperatur wird in eine Verzögerungszeit-Einstelleinrichtung 122 bzw. einen Schalter 123 eingegeben. Es ist jedoch anzumerken, dass, wenn die mehreren Brennstoffgasthermometer Tf installiert sind (wenn die Gasthermometer Tf gemultiplext sind), der tatsächliche Messwert der Brennstoffgastemperatur über einen Selektor 121 eines niedrigeren Werts eingegeben wird. Der Selektor 121 eines niedrigeren Werts wählt den niedrigsten Wert aus den von den mehreren Brennstoffgasthermometern Tf gemessenen Werten aus (zwei Thermometer in dem dargestellten Beispiel) und gibt ihn aus.
Die Verzögerungszeit-Einstelleinrichtung 122 gibt den tatsächlichen Messwert der Brennstoffgastemperatur, der von dem Brennstoffgasthermometer Tf eingegeben wird, nach Verstreichen einer vorbestimmten Verzögerungszeit L seit der Eingabe des tatsächlichen Messwerts aus. Wenn ein Instrumenten-Anormalitätssignal nicht von einer Instrumenten-Anormalitäts-Erfassungsvorrichtung (nicht gezeigt) zum Erfassen einer Anormalität des Brennstoffgasthermometers Tf, die einer Verbindungstrennung oder dgl. zuzuschreiben ist, eingegeben wird, gibt der Schalter 123 für gewöhnlich den tatsächlichen Messwert der Brennstoffgastemperatur, der von dem Brennstoffgasthermometer Tf eingegeben wird (direkt ohne Zwischenschaltung der Verzögerungszeit-Einstelleinrichtung 122 eingegeben) aus. Wenn hingegen das Instrumenten-Anormalitätssignal eingegeben wird, ändert der Schalter 123 eine Route zu der Verzögerungszeit-Einstelleinrichtung 122 und gibt den eingegebenen Wert durch diese Verzögerungszeit-Einstelleinrichtung 122 aus. Man beachte, dass der Ausgabewert von der Verzögerungszeit-Einstelleinrichtung 122 in Abhängigkeit von dem Eingabewert auch nach diesem dem Instrumenten-Anormalitätssignal zuzuschreibenden Schaltvorgang variieren kann. Der Schalter 123 hält aber den Wert, der von der Verzögerungszeit-Einstelleinrichtung 122 an dem Punkt des Schaltvorgangs, der dem Instrumenten-Anormalitätssignal zuzuschreiben ist, eingegebenen Wert und gibt ihn aus. Mit anderen Worten, nach dem dem Instrumenten-Anormalitätssignal zuzuschreibenden Schaltvorgang wird der konstante Wert der Brennstoffgastemperatur von dem Schalter 123 ausgegeben.
Die Ausgabe von dem Schalter 123 wird in einen Primär-Verzögerungsoperator 124 eingegeben, der als erster Primär-Verzögerungsoperator fungiert bzw. an einen Primär-Verzögerungsoperator 125, der als zweiter Primär-Verzögerungsoperator fungiert. Eine Primär-Verzögerungszeitkonstante, die in dem Primär-Verzögerungsoperator 125 für eine Geschwindigkeitsabnahme eingestellt wird, ist kleiner als eine Primär-Verzögerungszeitskonstante, die in dem Primär-Verzögerungsoperator 124 für eine Geschwindigkeitszunahme eingestellt wird. Der Primär-Verzögerungs(zeit)operator 124 führt eine Primär-Verzögerungsberechnung hinsichtlich der von dem Schalter 123 eingegebenen Brennstoffgastemperatur durch, und der Primär-Verzögerungsoperator 125 führt auch eine Primär-Verzögerungsberechnung hinsichtlich der von dem Schalter 123 eingegebenen Brennstoffgastemperatur durch. Dann wählt der Selektor 126 eines niedrigeren Werts einen kleineren Wert aus einem Rechenergebnis durch den Primär-Verzögerungsoperator 124 und einem Rechenergebnis durch den Primär-Verzögerungsoperator 125 aus und gibt diesen aus.
Wenn ein Soll-Geschwindigkeits-(Soll-Umdrehungs-)Erreichungssignal nicht von einer nicht-dargestellten Gasturbinen-Umdrehungserfassungsvorrichtung eingegeben wird (d.h., wenn die Gasturbine 1 beschleunigt), wählt ein Nennwertschalter 127 den in einem Signalgenerator 128 eingestellten Konstantwert der Brennstoffgastemperatur aus und gibt den Konstantwert an den Funktionsgenerator 103 der Strömungsraten-Steuerventilpositions-Befehlswert-Berechnungslogik gemäß 29 aus. Wenn hingegen das Nenngeschwindigkeits-Erreichungssignal eingegeben wird, wählt der Nennwertschalter 127 die Ausgabe des Selektors 126 eines niedrigeren Werts aus und gibt diesen Wert an den Funktionsgenerator 103 der gleichen Rechenlogik aus. Hierbei erhöht oder verringert zur Verhinderung einer raschen Änderung der Brennstoffgastemperatur der Nennwertschalter 127 die Ausgabe mit einer gegebenen Geschwindigkeit, wenn das ausgewählte Signal von der Ausgabe des Signalgenerators 128 zur Ausgabe des Selektors 126 eines niedrigeren Werts geschaltet wird oder umgekehrt.
Als nächstes wird die Verteilerdruck-Korrekturlogik beschrieben. Wie vorher beschrieben wurde, findet die Korrektur des Verteilerdrucks hinsichtlich des Pilotverteilerdrucks, des Top-Hat-Verteilerdrucks und des Hauptverteilerdrucks statt (siehe die Verteilerdruck-Korrekturlogik 130, 140 oder 150 in 29). Die Schemata der Verteilerdruck-Korrekturlogik 130, 140 oder 150 sind trotzdem ähnlich. Demgemäß entfällt hier eine individuelle Darstellung und Erläuterung, und der Inhalt der Verarbeitung bei diesen Schemata der Verteilerdruck-Korrekturlogik 130, 140 und 150 wird allgemein basierend auf 35 bis 38 beschrieben.
Wie in 35 gezeigt ist, wenn ein Instrumenten-Anormalitätssignal nicht von einer Instrumenten-Anormalitäts-Erfassungsvorrichtung (nicht gezeigt) zum Erfassen einer Anormalität des Pilotverteilerdruckfühlers PX2 (oder des Top-Hat-Verteilerdruckfühlers PX3 oder des Hauptverteiler-Brennstoff-Differentialdruckfühlers PDX1) eingegeben wird, die einer Verbindungsunterbrechung oder dgl. zuzuschreiben sind, gibt ein Schalter 161 üblicherweise den tatsächlichen Messwert des Pilotverteilerdrucks (oder des Top-Hat-Verteilerdrucks oder des Hauptverteilerdrucks), die von dem Pilotverteilerdruckfühler PX2 (oder dem Top-Hat- Verteilerdruckfühler PX3 oder dem Hauptverteiler-Differentialdruckfühler PDX1) eingegeben werden, an eine Änderungsraten-Einstelleinrichtung 162 aus. Wenn hingegen das Instrumenten-Anormalitätssignal eingegeben wird, ändert der Schalter 161 eine Route zu der Verteilerdruck-Rechenlogik 163, die als Druckberechnungsmittel fungiert, und gibt einen berechneten Wert des Pilotverteilerdrucks (oder Top-Hat-Verteilerdrucks oder des Hauptverteilerdrucks), der von dieser Verteilerdruck-Rechenlogik 163 eingegeben wird, an die Änderungsraten-Einstelleinrichtung 162 aus.
Die Änderungsraten-Einstelleinrichtung 162 erstellt die Änderungsrate basierend auf einer Funktion der Stromgeneratorausgangsleistung (der Gasturbinenausgangsleistung) und der in 36 gezeigten Änderungsrate als Beispiel, die vorab in den Voruntersuchungen (den Gasturbinen-Gestaltungsprozessen) erstellt wurde, sowie basierend auf einem tatsächlichen Messwert oder einem Befehlswert der Stromgeneratorausgangsleistung (der Gasturbinenausgangsleistung). Dann schränkt basierend auf dieser Änderungsrate die Änderungsraten-Einstelleinrichtung 162 die Änderungsrate entweder hinsichtlich des tatsächlichen Messwerts oder des berechneten Werts des Pilotverteilerdrucks (oder des Top-Hat-Verteilerdrucks oder des Hauptverteilerdrucks) ein, die von dem Schalter 161 einzugeben ist und an den Funktionsgenerator 102 (oder den Funktionsgenerator 107 oder den Funktionsgenerator 114) der Strömungsraten-Steuerventilpositions-Befehlswert-Rechenlogik gemäß 29 ausgegeben wird.
Im Fall einer anderen Anormalität als einer Drosselung berechnet die Verteilerdruck-Rechenlogik 163 den Pilotverteilerdruck (oder den Top-Hat-Verteilerdruck oder den Hauptverteilerdruck) basierend auf der folgenden Formel (13), die durch Modifizieren der folgenden Formel (12) erhalten wird, welche die Cv-Wert-Berechnungsformel für eine andere Anormalität als eine Drosselung darstellt. Im Fall einer einer Drosselung zuzuschreibenden Anormalität berechnet die Verteilerdruck-Rechenlogik 163 den Pilotverteilerdruck (oder den Top-Hat-Verteilerdruck oder den Hauptverteilerdruck) basierend auf der folgenden Formel (15), die durch Modifizieren der folgenden Formel (14) erhalten wird, welche die Cv-Wert-Berechnungsformel für eine einer Drosselung zuzuschreibenden Anormalität darstellt.
In der Formel (12) und der Formel (13) bezeichnet das Bezugszeichen Cv den Cv-Wert der Pilotdüse 25 (oder der Top-Hat-Düse 27 oder der Hauptdüse 26). Ein voreingestellter Konstantwert oder ein durch eine Lernschaltungsanordnung korrigierter Korrekturwert (später im Detail zu beschreiben) wird auf diesen Cv-Wert angewandt. Das Bezugszeichen bezeichnet die Temperatur des Pilotbrennstoffgases (oder des Top-Hat-Brennstoffgases oder des Hauptbrennstoffgases), das aus der Pilotdüse 25 (oder der Top-Hat-Düse 27 oder Hauptdüse 26) ausgestoßen wird. Ein mit dem Brennstoffgasthermometer Tf gemessener Wert wird auf irgendeine dieser Brennstoffgastemperaturen angewandt. Das Bezugszeichen γ bezeichnet ein Gasdichteverhältnis bezüglich Luft, das ein voreingestellter Wert ist.
Das Bezugszeichen G bezeichnet die Pilotbrennstoffgasströmungsrate (die gewichtete Strömungsrate) (oder die Top-Hat-Brennstoffgasströmungsrate (die gewichtete Strömungsrate) und die Hauptbrennstoffgasströmungsrate (die gewichtete Strömungsrate)) beim Ausstoß aus der Pilotdüse 25 (oder der Top-Hat-Düse 27 oder der Hauptdüse 26). Die mit dem Funktionsgenerator 101 berechnete Pilotbrennstoffgasströmungsrate G_fPl (oder die mit dem Funktionsgenerator 106 berechnete Top-Hat-Brennstoffgasströmungsrate G_fTH oder die mit dem Funktionsgenerator 113 berechnete Hauptbrennstoffgasströmungsrate G_fMA) der Strömungsraten-Steuerventil-Positionsbefehlswert-Rechenlogik in 29 wird auf jede dieser Brennstoffgasströmungsraten angewandt.
Man beachte, dass die Pilotbrennstoffgasströmungsrate G_fPL (oder die Top-Hat-Brennstoffgasströmungsrate G_fTH oder die Hauptbrennstoffgasströmungsrate G_fMA) die Gesamt-Pilotbrennstoffgasströmungsrate G_fPL (oder die Gesamt-Top-Hat-Brennstoffgasströmungsrate G_fTH oder die Gesamt-Hauptbrennstoffgasströmungsrate G_fMA) darstellt. Ein Verteilungsergebnis der relevanten Brennstoffgasströmungsrate zu den jeweiligen Pilotdüsen 25 (oder den jeweiligen Top-Hat-Düsen 27 oder den jeweiligen Hauptdüsen 26) ist äquivalent zu der Brennstoffgasströmungsrate jeder der Pilotdüsen 25 (oder jeder der Top-Hat-Düsen 27 oder jeder der Hauptdüsen 26). Daher wird ein Wert, der durch Teilen der Pilotbrennstoffgas strömungsrate G_fPL (oder der Top-Hat-Brennstoffgasströmungsrate G_fTH oder der Hauptbrennstoffgasströmungsrate G_fMA) durch die Anzahl der Pilotdüsen 25 (oder der Top-Hat-Düsen 27 oder der Hauptdüsen 26) als Pilotbrennstoffgasströmungsrate (oder Top-Hat-Brennstoffgasströmungsrate oder Hauptbrennstoffgasströmungsrate) G jeder der Pilotdüsen 25 (oder jeder der Top-Hat-Düsen 27 oder jeder der Hauptdüsen 26) verwendet. Das Bezugszeichen a bezeichnet einen Koeffizienten, der zum Umwandeln jeder dieser Brennstoffgasströmungsraten G in eine Volumen-Strömungsrate (m³/h) bei 15,6°C und 1 ata benutzt wird. Der Koeffizient ist ein voreingestellter Wert. Das Bezugszeichen γ_N bezeichnet eine Gasdichte in einem Normalzustand.
Außerdem bezeichnet in der Formel (12) und der Formel (13) das Bezugszeichen P₃ einen Staudruck (einen Druck an einer stromabwärtigen Seite) der Pilotdüse 25 (oder der Top-Hat-Düse 27 oder der Hauptdüse 26). Ein Messwert des Zylinderdruckfühlers PX5 wird auf diesen Staudruck angewandt (siehe 3). Das Bezugszeichen P₂ bezeichnet einen Frontdruck (einen Druck an einer stromaufwärtigen Seite) der Pilotdüse 25 (oder der Top-Hat-Düse 27 oder der Hauptdüse 26), d.h. den Pilotverteilerdruck (den Top-Hat-Verteilerdruck oder den Hauptverteilerdruck). Hinsichtlich der auf der Rechenlogik gemäß 37 basierenden Erklärung multipliziert eine Multiplikationsschaltung 164 den Cv-Wert (den Konstantwert der Pilotdüse 25 (oder der Top-Hat-Düse 27 oder der Hauptdüse 26), der in einem Signalgenerator 165 voreingestellt ist, mit einem Korrekturkoeffizienten (im Detail später zu beschreiben), der durch die Lernschaltungsanordnung 166 als Lernmittel berechnet wird. Ein Funktionsgenerator 167 führt eine Berechnung gemäß der folgenden Formel (16) basierend auf dem tatsächlichen Messwert der Brennstoffgastemperatur (der Pilotbrennstoffgastemperatur t, der Top-Hat-Brennstoffgastemperatur t oder der Hauptbrennstoffgastemperatur t) durch. Eine Multiplikationsschaltung 168 multipliziert die Pilotbrennstoffgasströmungsrate G (oder die Top-Hat- Brennstoffgasströmungsrate G oder die Hauptbrennstoffgasströmungsrate G), die basierend auf der mit dem Funktionsgenerator 101 berechneten Pilotbrennstoffgasströmungsrate G_fPL (oder der mit dem Funktionsgenerator 196 berechneten Top-Hat-Brennstoffgasströmungsrate G_fTH oder der mit dem Funktionsgenerator 113 berechneten Hauptbrennstoffgasströmungsrate G_fMA) der Strömungsraten-Steuerventilpositions-Befehlswert-Rechenlogik in 29 erhalten wird, mit einem Rechenergebnis des Funktionsgenerators 164. Eine Divisionsschaltung 169 dividiert ein Multiplikationsergebnis mit der Multiplikationsschaltung 168 durch ein Multiplikationsergebnis der Multiplikationsschaltung 164.
Eine Multiplikationsschaltung 171 multipliziert ein Divisionsergebnis der Divisionsschaltung 169 mit einem Wert, der durch die folgende Formel (17) erhalten wird, die in einem Signalgenerator 170 eingestellt ist:
Eine Multiplikationsschaltung 172 multipliziert ein Multiplikationsergebnis der Multiplikationsschaltung 171 mit dem gleichen Wert (d.h., die Multiplikationsschaltung 172 berechnet ein Quadrat des Multiplikationsergebnisses der Multiplikationsschaltung 171). Eine Additionsschaltung 173 addiert den in einem Signalgenerator 174 eingestellten Wert (1,0332) zu dem tatsächlichen Messwert des Zylinderdrucks (als Staudruck P₂ der Pilotdüse, der Top-Hat-Düse oder der Hauptdüse verwendet) und formt den Zylinderdruck, welcher der Messwert des Zylinderdruckfühlers PX5 ist, in einen absoluten Druck um. Eine Multiplikationsschaltung 175 multipliziert ein Additionsergebnis der Addierschaltung 173 mit dem gleichen Wert (d.h., die Multiplikationsschaltung 175 berechnet ein Quadrat des Zylinderdrucks P₂). Eine Addierschaltung 176 addiert ein Multiplikationsergebnis der Multiplikationsschaltung 172 zu einem Multiplikationsergebnis der Multiplikationsschaltung 175. D.h. eine Berechnung gemäß der folgenden Formel (18) wird zur Zeit der Verarbeitung mit dieser Addierschaltung 176 abgeschlossen. Dann berechnet eine Wurzelziehschaltung (Rooter) 177 eine Wurzel eines Additionsergebnisses der Addierschaltung 176. D.h., die Berechnung gemäß der oben beschriebenen Formel (13) wird bei der Verarbeitung mit dieser Wurzelziehschaltung 177 abgeschlossen. Auf diese Weise wird ein Rechenwert P₂ hinsichtlich des Pilotverteilerdrucks (oder des Top-Hat-Verteilerdrucks oder des Hauptverteilerdrucks) im Fall einer anderen Anormalität als einer Drosselung erhalten.
Hierbei multipliziert eine Multiplikationsschaltung 179 das Divisionsergebnis durch die oben beschriebene Divisionsschaltung 169 mit einem durch die folgende Formel (19) erhaltenen Wert, der in einem Signalgenerator 178 eingestellt ist. D.h., die Berechnung gemäß der oben beschriebenen Formel (15) wird bei der Verarbeitung mit dieser Multiplikationsschaltung 179 abgeschlossen. Auf diese Weise wird der Rechenwert P₂ hinsichtlich des Pilotverteilerdrucks (oder des Top-Hat-Verteilerdrucks oder des Hauptverteilerdrucks) im Fall einer einer Drosselung zuzuschreibenden Anormalität erhalten.
Ein Drosselungs-Identifizierer 180 vergleicht den Pilotverteilerdruck (oder den Top-Hat-Verteilerdruck oder den Hauptverteilerdruck) P₂, der die Ausgabe der Wurzelzieheinrichtung 177 ist, mit dem Zylinderdruck (dem Staudruck der Pilotdüse, der Top-Hat-Düse oder der Hauptdüse) P₃, welcher die Ausgabe der Addierschaltung 173 ist, und stellt eine Drosselung fest, wenn die Bedingung, wie sie in der folgenden Formel (20) definiert ist, erfüllt ist: P3 ≤ 12 P2 (20)
Ein Schalter 181 wählt den Ausgabewert der Multiplikationsschaltung 179 aus, wenn der Drosselungs-Identifizierer 180 die Drosselung identifiziert, und gibt diesen Wert an den Schalter 161 in 35 als berechneten Pilotverteilerdruck (oder berechneten Top-Hat-Verteilerdruck oder berechneter Hauptverteilerdruck) P₂ aus. Hingegen wählt der Schalter 181 den Ausgabewert der Wurzelziehschaltung 177 aus, wenn der Drosselungs-Identifizierer 180 die Drosselung nicht identifiziert (im Fall einer anderen Anormalität als einer Drosselung), und gibt diesen Wert an den Schalter 161 in 35 als den berechneten Pilotverteilerdruck (oder den berechneten Top-Hat-Verteilerdruck oder den berechneten Hauptverteilerdruck) P₂ aus.
Als nächstes wird die Lernschaltungsanordnung 166 mit Bezug auf 38 beschrieben. Ähnlich dem Fall der Lernschaltungsanordnung 62 beurteilt die Lernschaltungsanordnung 166 zunächst, ob die Verbrennungsgastemperatur TIT die maximale Verbrennungsgastemperatur (1500°C) erreicht hat, bevor der Lernvorgang des Düsen-Cv-Werts beginnt. Genauer gesagt, wenn die Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine gleich der maximalen Verbrennungsgastemperatur (1500°C) ist, besteht die Beziehung zwischen dem Druckverhältnis des Kompressors (dem Verhältnis zwischen dem Druck an der Einlassseite und dem Druck an der Auslassseite des Kompressors 4) und der Abgastemperatur, wie in 18 gezeigt ist. Daher überwacht die Lernschaltungsanordnung 166 das Druckverhältnis (den Zylinderdruck/den Einlassluftdruck) des Kompressors 4, der aus dem tatsächlichen Messwert des Einlassluftdrucks und dem tatsächlichen Messwert des Zylinderdrucks sowie dem tatsächlichen Messwert der Abgastemperatur erhalten wird. Außerdem beurteilt die Lernschaltungsanordnung 62, ob die Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine die maximale Verbrennungsgastemperatur (1500°C) erreicht, wenn das Druckverhältnis und die Abgastemperatur die in 18 gezeigte Beziehung erfüllen und beginnt dann den Lernvorgang. Es ist jedoch anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht nur auf diese Konfiguration beschränkt ist. Beispielsweise ist es auch möglich, den Lernvorgang zu starten, bevor die Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine die maximale Verbrennungsgastemperatur (1500°C) erreicht.
Wenn die Lernschaltungsanordnung 166 den Lernvorgang beginnt, berechnet zunächst eine Subtraktionsschaltung (ein Abweichungsoperator) 182 eine Abweichung zwischen dem Pilotverteilerdruck (oder dem Top-Hat-Verteilerdruck oder dem Hauptverteilerdruck) P₂, der gemäß der Verteilerdruck-Korrekturlogik 163 berechnet wurde, und den Pilotverteilerdruck (oder den Top-Hat-Verteilerdruck oder den Hauptverteilerdruck), der mit dem Pilotverteilerdruckfühler PX2 (oder dem Top-Hat-Verteilerdruckfühler PX3 oder dem Hauptverteiler-Druckfühler PX1) gemessen wurde.
Danach führt ein PI-Controller 183 Proportional-Integral-Operationen basierend auf der Abweichung durch, um den Korrekturkoeffizienten in einem Bereich von 0 bis 1 zu berechnen. Dieser Korrekturkoeffizient wird an die Multiplikationsschaltung 164 der Verteilerdruck-Korrekturlogik 163 in 37 ausgegeben, und wird dann mit dem Düsen-Cv-Wert (dem feststehenden Wert) multipliziert, der im Signalgenerator 165 eingestellt ist. Auf diese Weise wird der Düsen-Cv-Wert so korrigiert, dass die Abweichung zwischen dem berechneten Wert des Pilotverteilerdrucks (oder des Top-Hat-Verteilerdrucks bzw. des Hauptverteilerdrucks) P₂ und dem tatsächlichen Messwert des Pilotverteilerdrucks (oder des Top-Hat-Verteilerdrucks bzw. des Hauptverteilerdrucks) eliminiert wird. Demgemäß ist es möglich, einen genaueren Düsen-Cv-wert zu erzielen.
(Betriebliche Auswirkungen)
Wie oben beschrieben wurde, werden gemäß der Gasturbinen-Verbrennungssteuervorrichtung 41 dieser Ausführungsform der 700°CMW-Wert und der 1500°CMW-Wert basierend auf dem ELS-Öffnungsgrad, der Einlasslufttemperatur und dem atmosphärischen Druckverhältnis berechnet. Dann wird basierend auf diesen Werten und auf dem tatsächlichen Messwert der Stromgeneratorausgangsleistung (der Gasturbinenausgangsleistung) des CLCSO, um die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine dimensionslos zu machen, durch lineare Interpolation berechnet. Danach werden die Öffnungsgrade des Pilotbrennstoffgasströmungsraten-Steuerventils 19, des Top-Hat-Brennstoffgasströmungsraten-Steuerventils 21 und des Hauptbrennstoffgasströmungsraten-Steuerventils 18 basierend auf den jeweiligen Brennstoffgasverhältnissen (dem Pilotverhältnis, dem Top-Hat-Verhältnis und dem Hauptverhältnis), die basierend auf diesem CLCSO bestimmt werden, gesteuert. Auf diese Weise werden die Brennstoffzufuhren zu den jeweiligen Brennstoffdüsen (der Pilotdüse 25, der Top-Hat-Düse 27 und der Hauptdüse 26) gesteuert. Demgemäß ist es möglich, die Steuerung basierend auf der Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine in Übereinstimmung mit dem ursprünglichen Konzept durchzuführen, und die Beziehungen zwischen dem CLCSO und Brennstoffgas-Verhältnissen (dem Pilotverhältnis, dem Top-Hat-Verhältnis und dem Hauptverhältnis), d.h. die Beziehungen zwischen der Brennstoffgastemperatur bei der Verbrennung und den jeweiligen Gasverhältnissen (dem Pilotverhältnis, dem Top-Hat-Verhältnis und dem Hauptverhältnis) auch dann aufrechtzuerhalten, wenn die Einlasslufttemperatur, die Verbrennungsgastemperatur und die Eigenschaften des Brennstoffgases bei der Verbrennung geändert werden oder wenn sich die Leistung der Gasturbine 1 mindert. Infolgedessen ist es möglich, eine angemessene Verbrennungssteuerung durchzuführen. Außerdem wird die Bypassmenge der Druckluft durch Regeln des Öffnungsgrads des Brennkammer-Bypassventils basierend auf dem berechneten CLCSO gesteuert. Demgemäß ist es möglich, das Brennkammer-Bypassventil 8 basierend auf der Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine ebenfalls gemäß dem ursprünglichen Konzept zu steuern. Außerdem ist es möglich, die Beziehung zwischen dem CLCSO und dem Öffnungsgrad des Brennkammer-Bypassventils aufrecht zu erhalten, d.h., die Beziehung zwischen der Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine und dem Öffnungsgrad des Brennkammer-Bypassventils. Infolgedessen ist es möglich, eine angemessene Verbrennungssteuerung auch hinsichtlich der Bypass-Strömungsmengensteuerung der Druckluft durchzuführen. Beispielsweise geht im Fall der Ausführung eines ELS-Öffnungsvorgangs bei konstanter Stromgeneratorausgangsleistung (Gasturbinenausgangsleistung) aus den Betriebsergebnissen der Gasturbine gemäß 39 bis 41 hervor, dass das Pilotverhältnis und der Öffnungsgrad des Brennkammer-Bypassventils einer Abnahme der Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine, die dem ELS-Öffnungsvorgang zuzuschreiben ist, folgen. Außerdem geht aus den Betriebsergebnissen der Gasturbine gemäß 42 und 43 auch hervor, dass eine Abweichung der Verbrennungsgastemperatur keine Abweichung des Pilotverhältnisses oder des Öffnungsgrads des Brennkammer-Bypassventils verursacht.
Außerdem umfasst die Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine gemäß dieser Ausführungsform die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung 201. Die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung 201 hat die Mittel zum Berechnen der ersten Abgastemperatur (EXT1400) entsprechend dem gemessenen Druckverhältnis basierend auf der ersten Kennlinie (der Kennlinie A), die die Beziehung zwischen dem Druckverhältnis des Kompressors 4 und der Abgastemperatur des Gasturbinenkörpers 2 darstellt, wenn die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine auf die erste Verbrennungsgastemperatur (1400°C) am Einlass der Gasturbine eingestellt ist; die Mittel zum Berechnen der zweiten Abgastemperatur (temperaturgesteuerte EXT), die dem gemessenen Druckverhältnis basierend auf der zweiten Kennlinie (der Kennlinie B) entspricht, welche die Beziehung zwischen dem Druckverhältnis und der Abgastemperatur darstellt, wenn die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine auf die zweite Verbrennungsgastemperatur (1500°C) am Einlass der Gasturbine eingestellt ist, die höher ist als die erste Verbrennungsgastemperatur (1400°C) am Einlass der Gasturbine; die Mittel zum Berechnen der dritten Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine, welche dem gemessenen Druckverhältnis und der gemessenen Abgastemperatur entspricht, durch lineare Interpolation basierend auf der ersten Verbrennungsgastemperatur (1400°C) am Einlass der Gasturbine, der zweiten Verbrennungsgastemperatur (1500°C) am Einlass der Gasturbine, der ersten Abgastemperatur (EXT1400), der zweiten Abgastemperatur (temperaturgesteuertes EXT) und der gemessenen Abgastemperatur (EXT); die Mittel zu Berechnen der dritten Gasturbinenausgangsleistung (des temperaturgesteuerten MW) entsprechend der dritten Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine, durch lineare Interpolation basierend auf der ersten Gasturbinenausgangsleistung (1400°CMW) entsprechend der ersten Verbrennungsgastemperatur 1400°C am Einlass der Gasturbine, und der zweiten Gasturbinenausgangsleistung (1500°CMW) (dem temperaturgesteuerten MW)) entsprechend der zweiten Verbrennungsgastemperatur (1500°C) am Einlass der Gasturbine, wobei beide Gasturbinenausgangsleistungen durch Gasturbinenausgangsleistungs-Berechnungsmittel berechnet werden, die erste Verbrennungsgastemperatur 1400°C am Einlass der Gasturbine, die zweite Verbrennungsgastemperatur 1500°C am Einlass der Gasturbine, und die dritte Verbrennungsgastemperatur (TIT) am Einlass der Gasturbine; und die Mittel zum Korrigieren der ersten Gasturbinenausgangsleistung (1400°CMW) und der zweiten Gasturbinenausgangsleistung (1500°CMW) (dem temperaturgesteuerten MW), die zur Berechnung der dritten Gasturbinenausgangsleistung (der temperaturge steuerten MW) verwendet werden, um die dritte Gasturbinenausgangsleistung (die temperaturgesteuerte MW) mit der gemessenen Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) durch Vergleichen der dritten Gasturbinenausgangsleistung (der temperaturgesteuerten MW) mit der gemessenen Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) in Übereinstimmung zu bringen. Es ist daher möglich, den Lernvorgang zu starten und eine Korrektur der Gasturbinenausgangsleistung auch dann durchzuführen, wenn der Teillastbetrieb fortgesetzt wird, ohne die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine bis zur maximalen Verbrennungsgastemperatur (1500°C) anzuheben.
Da außerdem die zweite Gasturbinenausgangsleistung (der korrigierte 1500°CMW (der temperaturgesteuerte MW)), korrigiert von der Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung 201, zur Berechnung des CLCSO durch das Verbrennungslaststeuer-Berechnungsmittel verwendet wird, ist es möglich, den genauen CLCSO, die einer tatsächlichen Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine entspricht, auch dann zu berechnen, wenn der Teillastbetrieb fortgesetzt wird, ohne die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine bis zur maximalen Verbrennungsgastemperatur (1500°C) anzuheben.
Gemäß der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine dieser Ausführungsform ist das Mittel zum Korrigieren der ersten Gasturbinenausgangsleistung (1400°CMW) und der zweiten Gasturbinenausgangsleistung (1500°CMW) (des temperaturgesteuerten MW) in der Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung 201 so konfiguriert, dass die erste Gasturbinenausgangsleistung (1400°CMW) und die zweite Gasturbinenausgangsleistung (1500°CMW) und der temperaturgesteuerte MW in dem folgenden Prozess korrigiert werden. Zunächst berechnet das Korrekturmittel den Korrekturkoeffizienten, während es entweder die Proportional-Integral-Operation oder die Integral-Operation der Abweichung zwischen der dritten Gasturbinenausgangsleistung (dem idealen MW) und der gemessenen Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung) durchführt, und dann die erste Gasturbinenausgangsleistung (1400°CMW) und die zweite Gasturbinenausgangsleistung (1500°CMW) (dem temperaturgesteuerten MW) mit diesem Korrekturkoeffzienten multipliziert. Es ist daher möglich, die erste Gasturbinenausgangsleistung (1400°CMW) und die zweite Gasturbinenausgangsleistung (1500°CMW) (den temperaturgesteuerten MW) einfach und zuverlässig zu korrigieren.
Gemäß der Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine dieser Ausführungsform umfasst die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung 201 ein Mittel zum Gewichten der Abweichung zwischen der dritten Gasturbinenausgangsleistung (dem idealen MW) und der gemessenen Gasturbinenausgangsleistung (der Stromgeneratorausgangsleistung), um so den gewichteten Koeffizienten, der für die Multiplikation der Abweichung verwendet wird, in Reaktion auf eine Zunahme der von dem Verbrennungslast-Befehlswert-Berechnungsmittel berechneten CLCSO zu erhöhen, sowie ein Mittel zum Gewichten der Abweichung derart, dass der gewichtete Koeffizient, der für die Multiplikation der Abweichung verwendet wird, in Reaktion auf die Zunahme der dritten Verbrennungsgastemperatur TIT am Einlass der Gasturbine erhöht wird. Daher ist es möglich, die Gasturbinenausgangsleistung in geeigneter Weise in Reaktion auf die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine (d.h., die Gasturbinenausgangsleistung) zu korrigieren, und dadurch die Gasturbinenausgangsleistung rasch zu korrigieren, während die Lernzeit hinsichtlich der zweiten Verbrennungsgastemperatur (1500°C äquivalent zu der maximalen Verbrennungsgastemperatur) am Einlass der Gasturbine verkürzt wird.
Man beachte, dass die Anwendung der Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung nicht auf den Fall der Korrektur der Gasturbinenausgangsleistung (1500°CMW) (der temperaturgesteuerten MW) beschränkt ist, die zum Berechnen des CLCSO durch das Verbrennungslast steuer-Berechnungsmittel nach obiger Beschreibung verwendet wird. Die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung ist auch auf einen Fall der Korrektur der Gasturbinenausgangsleistung zum Einsatz für andere Zwecke anwendbar. Genauer gesagt kann die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung in vielen Fällen der Durchführung einer automatischen Korrektur von Gasturbinenausgangsleistungen eingesetzt werden, die durch verschiedenartige Gasturbinenausgangsleistungs-Berechnungsmittel berechnet werden, und die für verschiedene Anwendungen verwendet werden, während eine Leistungsminderung der Gasturbinen berücksichtigt wird.
Außerdem ist die Ausführungsform als Beispiel der Gasturbine mit der Brennkammer beschrieben worden, die mit drei Typen von Brennstoffdüsen versehen ist, nämlich einer ersten Brennstoffdüse (entsprechend der Hauptdüse in dem dargestellten Beispiel), einer zweiten Brennstoffdüse (entsprechend der Pilotdüse in dem dargestellten Beispiel) und einer dritten Brennstoffdüse (entsprechend der Top-Hat-Düse in dem dargestellten Beispiel). Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht nur auf diese Konfiguration beschränkt. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung auch auf eine Gasturbine anwendbar, die eine Brennkammer aufweist, welche mit zwei Typen von Brennstoffdüsen versehen (der ersten Brennstoffdüse und der zweiten Brennstoffdüse) und auf eine Gasturbine mit einer Brennkammer, die mit vier Typen von Brennstoffdüsen versehen ist (der ersten Brennstoffdüse, der zweiten Brennstoffdüse, der dritten Düse und einer vierten Düse).
Außerdem ist die maximale Brennstoffgastemperatur in der oben beschriebenen Ausführungsform auf 1500°C eingestellt. Selbstverständlich ist die maximale Brennstoffgastemperatur nicht nur auf diesen Pegel beschränkt, sondern es ist möglich, die maximale Brennstoffgastemperatur auf irgendwelche anderen Pegel, wie z.B. 1400°C oder 1600°C in angemessener Weise im Verlauf der Gasturbinen-Gestaltungsprozesse in Hinblick auf die Verbesserung des Wirkungsgrads, der Standzeit von Instrumenten bzw. Einrichtungen, der Verringerung von NOx und dgl. einzustellen.
Wenn ferner die Öffnungsgrade der Brennstoffströmungsraten-Steuerventile basierend auf den Brennstoffverhältnissen (dem Pilotverhältnis, dem Top-Hat-Verhältnis und dem Hauptverhältnis) nach obiger Beschreibung gesteuert werden, ist ein solches Steuermittel nicht nur auf das Mittel zum Einstellen der jeweiligen Brennstoffströmungsraten-Steuerventilpositions-Steuerungsgrößen, die auf den Brennstoffverhältnissen (dem Pilotverhältnis, dem Top-Hat-Verhältnis und dem Hauptverhältnis) nach obiger Beschreibung, wie in der Ausführungsform beschrieben, beschränkt. Es ist auch möglich, eine Steuerung basierend auf anderen beliebigen Steuermitteln durchzuführen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung und eine Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine, die mit der Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung versehen ist. Die vorliegende Erfindung ist zur Anwendung bei einer automatischen Korrektur einer Gasturbinenausgangsleistung von Nutzen, die durch Gasturbinenausgangsleistungs-Berechnungsmittel berechnet wird, insbesondere bei einer Gasturbine, die oft einem Teillastbetrieb unterliegt, während die Leistungsminderung der Gasturbine berücksichtigt wird. Nach der Beschreibung der Erfindung ist es nun ersichtlich, dass diese auf viele Arten und Weisen variiert werden kann. Diese Variationen sind nicht als ein Abweichen vom Geist und Schutzumfang der Erfindung anzusehen, sondern alle diese Modifikationen, die einem Fachmann offensichtlich wären, sollen in dem Schutzumfang der folgenden Ansprüche enthalten sein.

Claims

Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung für eine Gasturbine mit einem Gasturbinenkörper, einer Brennkammer und einem Kompressor, mit: Mitteln zum Berechnen einer ersten Abgastemperatur, die einem gemessenen Druckverhältnis entspricht, gemäß einer ersten Kennlinie, welche eine Beziehung zwischen dem Druckverhältnis des Kompressors und einer Abgastemperatur des Gasturbinenkörpers darstellt, wenn eine Verbrennungsgastemperatur an einem Einlass der Gasturbine auf eine erste Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine eingestellt ist, Mitteln zum Berechnen einer zweiten Abgastemperatur, die einem gemessenen Druckverhältnis entspricht, gemäß einer zweiten Kennlinie, die eine Beziehung zwischen dem Druckverhältnis und der Abgastemperatur darstellt, wenn die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine auf eine zweite Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine eingestellt ist, die höher ist als die erste Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, Mitteln zum Berechnen einer dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, die dem gemessenen Druckverhältnis und einer gemessenen Abgastemperatur entspricht, durch lineare Interpolation gemäß der ersten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, der zweiten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, der ersten Abgastemperatur, der zweiten Abgastemperatur und der gemessenen Abgastemperatur, Mitteln zum Berechnen einer dritten Gasturbinenausgangsleistung, die der dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine entspricht, durch lineare Interpolation gemäß einer ersten Gasturbinenausgangsleistung entsprechend der ersten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, und einer zweiten Gasturbinenausgangsleistung entsprechend der zweiten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, die durch ein Gasturbinenausgangsleistungs-Berechnungsmittel, der ersten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, der zweiten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine und der dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine berechnet werden, und Mitteln zum Korrigieren der ersten Gasturbinenausgangsleistung und der zweiten Gasturbinenausgangsleistung, die zum Berechnen der dritten Gasturbinenausgangsleistung benutzt werden, durch Vergleichen der dritten Gasturbinenausgangsleistung mit einer gemessenen Gasturbinenausgangsleistung, um die dritte Gasturbinenausgangsleistung mit der gemessenen Gasturbinenausgangsleistung in Übereinstimmung zu bringen.
Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Korrigieren der ersten Gasturbinenausgangsleistung und der zweiten Gasturbinenausgangsleistung so konfiguriert ist, dass es die erste Gasturbinenausgangsleistung und die zweite Gasturbinenausgangsleistung durch Berechnen eines Korrekturkoeffizienten während der Durchführung einer Proportional-Integral-Operation oder einer Integral-Operation einer Abweichung zwischen der dritten Gasturbinenausgangsleistung und der gemessenen Gasturbinenausgangsleistung, sowie durch Multiplizieren jeder der ersten Gasturbinenausgangsleistung und der Gasturbinenausgangsleistung mit diesem Korrekturkoeffizienten korrigiert.
Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung nach Anspruch 2, ferner mit: Mitteln zum Gewichten der Abweichung zwischen der dritten Gasturbinenausgangsleistung und der gemessenen Gasturbinenausgangsleistung, um einen gewichteten Koeffizienten zu erhöhen, der für die Multiplikation der Abweichung verwendet wird, in Reaktion auf eine Zunahme eines Verbrennungslastbefehlswerts, um die Verbrennungsgas temperatur am Einlass der Gasturbine, die von einem Verbrennungslastbefehlswert-Berechnungsmittel berechnet wird, dimensionslos zu gestalten, sowie Mitteln zum Gewichten der Abweichung, um den gewichteten Koeffizienten zu erhöhen, der für die Multiplikation der Abweichung verwendet wird, in Reaktion auf eine Zunahme der dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine.
Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine, die mit einer Gasturbine eingesetzt wird, welche mit einem Gasturbinenkörper, einer Brennkammer mit mehreren Typen von Brennstoffdüsen, einem mit einer Einlassleitschaufel versehenen Kompressor und mehreren Brennstoffströmungsraten-Steuerventilen zum jeweiligen Steuern von Brennstoffzufuhren zu den mehreren Typen von Brennstoffdüsen versehen ist, wobei die Verbrennungssteuervorrichtung so konfiguriert ist, dass sie die Brennstoffzufuhren zu den mehreren Typen von Brennstoffdüsen durch Steuern von Öffnungsgraden der Brennstoffströmungsraten-Steuerventile steuert, wobei die Verbrennungssteuervorrichtung umfasst: ein Gasturbinenausgangsleistungs-Berechnungsmittel zum Berechnen einer ersten Gasturbinenausgangsleistung entsprechend einer ersten Verbrennungsgastemperatur an einem Einlass der Gasturbine, einer zweiten Gasturbinenausgangsleistung entsprechend einer zweiten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, die höher ist als die erste Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, und einer vierten Gasturbinenausgangsleistung entsprechend einer vierten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, die niedriger ist als die zweite Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, gemäß einer Einlasslufttemperatur des Kompressors und einem Öffnungsgrad der Einlassleitschaufel, und ein Verbrennungslastbefehlswert-Berechnungsmittel zum Berechnen eines Verbrennungslastbefehlswerts, um die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine gemäß der zweiten Gasturbinenausgangsleistung, der vierten Gasturbinen ausgangsleistung und einer gemessenen Gasturbinenausgangsleistung durch lineare Interpolation dimensionslos zu machen, wobei die Verbrennungssteuervorrichtung die Brennstoffzufuhren zu den mehreren Typen von Brennstoffdüsen steuert, indem Verhältnisse von jeweils den mehreren Typen von Brennstoffdüsen zuzuführenden Brennstoffen gemäß dem von dem Verbrennungslastbefehlswert-Berechnungsmittel berechneten Verbrennungslastbefehlswert bestimmt werden, und indem Öffnungsgrade der Brennstoffströmungsraten-Steuerventile gemäß den Brennstoffverhältnissen gesteuert werden, und wobei die Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine eine Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung aufweist, die umfasst: Mittel zum Berechnen einer ersten Abgastemperatur, die einem gemessenen Druckverhältnis entspricht, gemäß einer ersten Kennlinie, die eine Beziehung zwischen dem Druckverhältnis des Kompressors und einer Abgastemperatur des Gasturbinenkörpers darstellt, wenn eine Verbrennungsgastemperatur an einem Einlass der Gasturbine auf eine erste Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine auf die erste Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine eingestellt wird, Mittel zum Berechnen einer zweiten Abgastemperatur, die einem gemessenen Druckverhältnis entspricht, gemäß einer zweiten Kennlinie, die eine Beziehung zwischen dem Druckverhältnis und der Abgastemperatur darstellt, wenn die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine auf die zweite Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine eingestellt wird, Mittel zum Berechnen einer dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, die dem gemessenen Druckverhältnis und einer gemessenen Abgastemperatur entspricht, durch lineare Interpolation gemäß der ersten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, der zweiten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, der ersten Abgastemperatur, der zweiten Abgastemperatur und der gemessenen Abgastemperatur, Mittel zum Berechnen einer dritten Gasturbinenausgangsleistung, die der dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine entspricht, durch lineare Interpolation gemäß einer ersten Gasturbinenausgangsleistung entsprechend der ersten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine und der zweiten Gasturbinenausgangsleistung entsprechend der zweiten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, die durch ein Gasturbinenausgangsleistungs-Berechnungsmittel berechnet werden, der ersten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, der zweiten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine und der dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, und Mittel zum Korrigieren der ersten Gasturbinenausgangsleistung und der zweiten Gasturbinenausgangsleistung, die zum Berechnen der dritten Gasturbinenausgangsleistung benutzt werden, um die dritte Gasturbinenausgangsleistung mit der gemessenen Gasturbinenausgangsleistung in Übereinstimmung zu bringen, durch Vergleichen der dritten Gasturbinenausgangsleistung mit einer gemessenen Gasturbinenausgangsleistung, und wobei die von der Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung korrigierte zweite Gasturbinenausgangsleistung zum Berechnen des Verbrennungslastbefehlswerts durch das Verbrennungslastbefehlswert-Berechnungsmittel verwendet wird.
Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine nach Anspruch 4, wobei das Mittel zum Korrigieren der ersten Gasturbinenausgangsleistung und der zweiten Gasturbinenausgangsleistung in der Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung so konfiguriert ist, dass es die erste Gasturbinenausgangsleistung und die zweite Gasturbinenausgangsleistung durch Berechnen eines Korrekturkoeffizienten korrigiert, während eine Proportional-Integral-Operation oder eine Integral-Operation einer Abweichung zwischen der dritten Gasturbinenausgangsleistung und der gemessenen Gasturbinenausgangsleistung durchgeführt wird, und durch Multiplizieren jeder der ersten Gasturbinenausgangsleistung und der zweiten Gasturbinenausgangsleistung mit diesem Korrekturkoeffizienten.
Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine nach Anspruch 5, wobei die Gasturbinenausgangsleistungs-Lernschaltungsanordnung ein Mittel zum Gewichten einer Abweichung zwischen der dritten Gasturbinenausgangsleistung und der gemessenen Gasturbinenausgangsleistung umfasst, um einen gewichteten Koeffizienten zu erhöhen, der für die Multiplikation der Abweichung verwendet wird, in Reaktion auf eine Zunahme eines Verbrennungslastbefehlswerts, um die Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine, die von dem Verbrennungslastbefehlswert-Berechnungsmittel berechnet wird, dimensionslos zu gestalten, sowie ein Mittel zum Gewichten der Abweichung, um den gewichteten Koeffizienten zu erhöhen, der für die Multiplikation der Abweichung verwendet wird, in Reaktion auf eine Zunahme der dritten Verbrennungsgastemperatur am Einlass der Gasturbine.
Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Gasturbine ein Gasturbinen-Bypassmittel zum Umleiten von Druckluft zu der Brennkammer und/oder dem Gasturbinenkörper aufweist, und das Gasturbinenausgangsleistungs-Berechnungsmittel die erste Gasturbinenausgangsleistung, die zweite Gasturbinenausgangsleistung und die vierte Gasturbinenausgangsleistung gemäß der Einlasslufttemperatur des Kompressors, dem Öffnungsgrad der Einlassleitschaufel und einem Turbinen-Bypassverhältnis berechnet, das äquivalent zu einem Verhältnis zwischen einer Gesamtmenge an Druckluft des Kompressors und einer Turbinen-Bypassströmungsrate des Gasturbinen-Bypassmittels ist.
Verbrennungssteuervorrichtung für eine Gasturbine nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das Gasturbinenausgangsleistungs-Berechnungsmittel die erste Gasturbinenausgangsleistung, die zweite Gasturbinenausgangsleistung und die vierte Gasturbinenausgangsleistung gemäß der Einlasslufttemperatur des Kompressors, dem Öffnungsgrad der Einlassleitschaufel und einem atmosphärischen Druckverhältnis, das äquivalent zu einem Verhältnis zwischen dem Einlassdruck des Kompressors und einem Standard-Atmosphärendruck ist, oder gemäß der Einlasslufttemperatur des Kompressors, dem Öffnungsgrad der Einlassleitschaufel, dem Turbinen-Bypassverhältnis und dem atmosphärischen Druckverhältnis berechnet.