(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンの運転を適合させるのに使用される制御システムが提供される。【解決手段】制御システム２００が、ガスタービンの少なくとも１つの構成要素に結合されるように構成される。ガスタービンが、標準化される周波数を有するパワーグリッドに結合される。制御システム２００が、プロセッサ２１５と、プロセッサ２１５に結合されるメモリ２１０とを有する。メモリ２１０がプロセッサによって実行可能な命令を有し、これらの命令がプロセッサ２１５によって実行されるとき、制御システム２００がガスタービンの少なくとも１つの構成要素の状態を記憶し、さらに、少なくとも１つの構成要素の第１のための運転設定値を生成して記憶する。第１の運転設定値が、標準化される周波数未満のパワーグリッドの第１の周波数に対応する。【選択図】図２
2014163384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン（１００）の運転を適合させるのに使用される、前記ガスタービン（１００）の少なくとも１つの構成要素に結合されるように構成される制御システム（２００）であって、前記ガスタービン（１００）が標準化される周波数を有するパワーグリッド（１２１）に結合され、前記制御システム（２００）が、プロセッサ（２１５）と、前記プロセッサ（２１５）に結合されるメモリ（２１０）とを備え、前記メモリ（２１０）がプロセッサによって実行可能な命令を含み、前記命令が前記プロセッサ（２１５）によって実行されるとき、前記制御システム（２００）が
前記ガスタービン（１００）の前記少なくとも１つの構成要素の状態を記憶し、
前記少なくとも１つの構成要素のための第１の運転設定値を生成して記憶し、前記第１の運転設定値が、前記標準化される周波数未満の前記パワーグリッド（１２１）の第１の周波数に対応する、
制御システム（２００）。
【請求項２】
前記メモリ（２１０）が、前記プロセッサ（２１５）によって実行されるときに、前記少なくとも１つの構成要素のための第２の運転設定値を前記制御システム（２００）に生成させるための、プロセッサによって実行可能な命令をさらに含み、前記第２の運転設定値が前記第１の周波数未満の第２の周波数に対応する、請求項１記載の制御システム（２００）。
【請求項３】
前記メモリ（２１０）が、前記プロセッサ（２１５）によって実行されるときに、前記制御システム（２００）により前記ステップを反復的に繰り返させるための、プロセッサによって実行可能な命令をさらに含む、請求項１記載の制御システム（２００）。
【請求項４】
前記メモリ（２１０）が、前記少なくとも１つの構成要素の状態を記憶することが前記少なくとも１つの構成要素の年数に関連する情報を記憶することを含むようにするための、プロセッサによって実行可能な命令をさらに含む、請求項１記載の制御システム（２００）。
【請求項５】
前記第１の運転設定値が入口ガイドベーン位置または燃焼温度を含む、請求項１記載の制御システム（２００）。
【請求項６】
前記第１の運転設定値がサージ限界値または圧力を含む、請求項１記載の制御システム（２００）。
【請求項７】
前記第１の運転設定値が、前記標準化される周波数に対応する運転設定値のパーセンテージを含む、請求項１記載の制御システム（２００）。
【請求項８】
前記第１の運転設定値が、前記標準化される周波数に対応する運転設定値の乗数を含む、請求項１記載の制御システム（２００）。
【請求項９】
前記第１の運転設定値が、前記標準化される周波数に対応する運転設定値のオフセット値を含む、請求項１記載の制御システム（２００）。
【請求項１０】
前記メモリ（２１０）が、プロセッサによって実行可能な命令であって、前記プロセッサ（２１５）によって実行されるとき、前記制御システム（２００）が、
前記パワーグリッド（１２１）が前記第１の周波数を有することを感知し、
前記パワーグリッド（１２１）が前記第１の周波数を有することを感知する場合に、前記第１の運転設定値を用いて前記少なくとも１つの構成要素を制御する、
命令をさらに有する、請求項１記載の制御システム（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は概してガスタービンに関し、より詳細には、パワーグリッドの周波数低下事象（ｕｎｄｅｒ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｅｖｅｎｔ）時にガスタービンの運転を適合させるのに使用されるシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力配電網（「パワーグリッド」）への電力需要が大幅に増加するとパワーグリッドの電気の運転周波数（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）が低下する可能性があり、「周波数低下」事象が発生する可能性がある。１つまたは複数の重負荷工業用ガスタービンを使用してグリッドに電力を供給する従来の発電システムでは、グリッドにパワーを供給する各タービンがパワーグリッドの電気周波数に同期する。他のパラメータが等しい状態でガスタービンの運転速度が低下すると、ガスタービンのパワー出力が概してそれに対応して低下する。その結果、周波数低下事象時では、グリッドに結合される少なくとも１つのガスタービンがより少ないパワーを出力する可能性がある。
【０００３】
グリッドコードレギュレーションは、パワー生成設備が周波数低下事象時に負荷を維持する能力を有することを要求している。グリッドに結合されるパワー設備を適合とみなすために満たさなければならない条件は世界の様々な地域で異なる。通常、ガスタービンジェネレータは、パワー出力を増大させることを目的として燃焼温度を上昇させることによりコード条件（ｃｏｄｅ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ）を満たす。所与の圧力比において燃焼温度を上昇させるとパワー出力が増大するが、これは、ガスタービンが圧力比限界値または入口ガイドベーン（ｉｎｌｅｔ  ｇｕｉｄｅ  ｖａｎｅ「ＩＧＶ」）の位置限界値などの任意の運転限界値に接近しない場合に機能する。燃焼温度を上昇させることは、通常、ガスタービン内の燃焼器に供給される燃料流れを増加することによって達成される。燃料流れが増加するとタービン入口のところの圧力が増大し、さらにそれによりタービンの上流側にある圧縮機の背圧が増大する。最終的に、燃料流れが増大すると圧縮機の圧力比限界値などの圧縮機の運転限界値に達し、この運転限界値を超えると圧縮機でサージが発生する。
【０００４】
一般に、周波数低下事象は異常かつ稀な時間的に制限される事象であることから、ガスタービンの運転境界を示すガスタービン制御限界値（「スケジュール」）が緩められ、それにより、レギュレーションによって課されるパワー出力を周波数低下事象時でも達成することが可能となる。しばしば、このスケジュールは、ガスタービンが最初に製造されるときのガスタービンの能力を考慮して用意され、通常は、ガスタービンの構成要素のユニット固有のハードウェアの経時的な変化および／または経時的な劣化を考慮しない。この境界を超えてガスタービンを運転させると劣化が拡大する可能性があり、ガスタービンに望ましくない事象が発生する危険性が生じる可能性があり、また、タービン組立体の有効寿命が短縮される可能性がある。
【発明の概要】
【０００５】
一態様では、ガスタービンの運転を適合させるのに使用される制御システムが提供される。制御システムが、ガスタービンの少なくとも１つの構成要素に結合されるように構成される。ガスタービンが、標準化される周波数を有するパワーグリッドに結合される。制御システムが、プロセッサと、プロセッサに結合されるメモリとを有する。メモリが、プロセッサによって実行されるときに制御システムにガスタービンの少なくとも１つの状態を記憶させてさらにその少なくとも１つの構成要素のための第１の運転設定値を生成させて記憶させるための、プロセッサによって実行可能な命令を有する。第１の運転設定値が、標準化される周波数未満のパワーグリッドの第１の周波数に対応する。
【０００６】
別の態様では、ガスタービンの運転を適合させるための方法が提供される。この方法が、プロセッサと、プロセッサに結合されるメモリと有する制御システムによって実施される。制御システムがガスタービンの少なくとも１つの構成要素に結合される。ガスタービンが、標準化される周波数を有するパワーグリッドに結合される。この方法が、ガスタービンの少なくとも１つの構成要素の状態を記憶するステップと、その少なくとも１つの構成要素のための第１の運転設定値を生成して記憶するステップとを含む。第１の運転設置値が、標準化される周波数未満のパワーグリッドの第１の周波数に対応する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】発電機に結合されさらにパワーグリッドに結合される例示のガスタービンを示す概略図である。
【図２】図１に示されるガスタービンを運転するのに使用され得る例示の制御システムを示すブロック図である。
【図３】時間の関数としてのガスタービン負荷を示す例示のプロット図である。
【図４】パワーグリッドの周波数に対するガスタービン運転設置値の限界値を示す例示のプロット図である。
【図５】図１に示されるガスタービンの運転を適合させるための図２に示される制御システムの例示の追加のフィーチャを示す機能ブロック図である。
【図６】図２に示される制御システムを使用して実施され得る例示のデータ点配列プロセス（ｄａｔａ  ｐｏｉｎｔ  ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を示す図である。
【図７】図２に示される制御システムを使用して実施され得る周波数低下制御限界値スケジュール（ｕｎｄｅｒ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｌｉｍｉｔ  ｓｃｈｅｄｕｌｅ）を適合させるための例示のプロセスを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、発電機１２０に結合されさらにはパワーグリッド１２１に結合される例示のガスタービン１００の概略図である。例示の実施形態では、ガスタービン１００が、空気取入口セクション１０２と、取入口セクション１０２の下流側にあって取入口セクション１０２に流体連通される圧縮機セクション１０４とを有する。圧縮機セクション１０４が圧縮機ケーシング１０５内に格納される。燃焼器セクション１０６が圧縮機セクション１０４の下流側にあって圧縮セクション１０４に流体連通され、タービンセクション１０８が燃焼器セクション１０６の下流側にあって燃焼器セクション１０６に流体連通される。ガスタービン１００がタービンケーシング１０９内に格納され、タービンセクション１０８の下流側にある排気セクション１１０を有する。さらに、例示の実施形態では、タービンセクション１０８が、限定しないが圧縮機ロータすなわち駆動シャフト１１４およびタービンロータすなわち駆動シャフト１１５を有するロータ組立体１１２を介して、圧縮セクション１０４に結合される。
【０００９】
例示の実施形態では、圧縮機セクション１０６が、各々が圧縮セクション１０４に流体連通されて結合される複数の燃焼器組立体（すなわち、燃焼器１１６）を有する。燃焼器セクション１０６は少なくとも１つの燃料ノズル組立体１１８をさらに有する。各燃焼器１１６が少なくとも１つの燃料ノズル組立体１１８に流体連通される。さらに、例示の実施形態では、タービンセクション１０８および圧縮機セクション１０４が、駆動シャフト１１４を介して発電機１２０に回転可能に結合される。発電機１２０がパワーグリッド１２１に結合される。例示の実施形態では、圧縮機セクション１０４が、少なくとも１つの圧縮機ブレード組立体１２２（すなわち、ブレード１２２）と、少なくとも１つの円周状に隣接する入口ガイドベーン組立体１２３とを有する。
【００１０】
また、例示の実施形態では、タービンセクション１０８が、少なくとも１つのタービンブレード組立体（すなわち、バケット１２５）と、少なくとも１つの円周状に隣接する静止ノズル組立体１２４とを有する。各圧縮機ブレード組立体１２２および各タービンバケット１２５がロータ組立体１１２に結合され、より具体的には、駆動シャフト１１４およびタービン駆動シャフト１１５に結合される。
【００１１】
運転中、空気取入口セクション１０２が空気１５０を圧縮機セクション１０４に向かうように運ぶ。圧縮機セクション１０４が入口空気１５０を高温高圧となるように圧縮し、圧縮空気１５２を燃焼器セクション１０６に向かうように吐出する。圧縮空気１５２が燃料ノズル１１８に向かうように運ばれ、燃料（図示せず）と混合され、各燃焼器１１６内で燃焼され、それにより燃焼ガス１５４が生成され、この燃焼ガス１５４がタービンセクション１０８に向かって下流側に運ばれる。燃焼器１１６内で生成される燃焼ガス１５４がタービンセクション１０８に向かって下流側に運ばれる。タービンバケット１２５に衝突した後、熱エネルギーが、ロータ組立体１１２を駆動させるのに使用される機械回転エネルギーに変換される。タービンセクション１０８が駆動シャフト１１４および１１５を介して圧縮機セクション１０４および／または発電機１２０を駆動させ、排気ガス１５６が排気セクション１１０を通して周囲大気へと吐出される。
【００１２】
図２は、ガスタービン１００を運転するのに使用され得る例示の制御システム２００のブロック図である。後で詳細に説明するように、制御システム２００が、ガスタービン１００の例えば例示の燃料ノズル組立体１１８および圧縮機セクション１０４などの１つまたは複数の構成要素を運転するのに関係する情報を燃料ノズル組立体センサ１６０および圧縮機センサ１６２から入力として受信する。より具体的には、制御システム２００が、例えば、圧力比（例えば、燃焼器セクション１０６内で誘起される背圧に対する圧縮機セクション１０４の圧力）、および／または、燃料ノズル組立体１１８を通って燃焼器セクション１０６に入る燃料流れのデータに関する情報を１つまたは複数のセンサから受信する。さらに、制御システム２００が、例えばセンサ１６０および１６２などのセンサから提供される情報に基づいて追加のデータを決定または推定する。例えば、制御システム２００は、燃焼温度を直接に測定せずに、燃料ノズル組立体１１８を通る燃料流れに基づいて燃焼器セクション１０６内の燃焼温度を決定することができる。加えて、制御システム２００が、負荷条件、および、パワーグリッド１２１の周波数に関する情報を入力として受信する。また、制御システム２００が、後でより詳細に説明するように、ユーザ入力インターフェース２３５を介してオペレータまたはマネージャ（「ユーザ」）からの命令または別の入力を受信することができる。制御システム２００が、上述したような入力を使用して、パワーグリッド１２１の負荷条件に適合させるパワー出力を生成することを目的としてガスタービン１００の運転を制御する。
【００１３】
例示の実施形態では、制御システム２００が、少なくとも１つのメモリデバイス２１０と、命令を実行するためにメモリデバイス２１０に結合されるプロセッサ２１５とを有する。一部の実装形態では、実行可能命令がメモリデバイス２１０に記憶される。例示の実施形態では、制御システム２００が、プロセッサ２１５を用いて実行可能命令を実行することにより１つまたは複数のオペレーションを実施する。例えば、プロセッサ２１５が、燃焼器セクション１０６内の燃焼温度を決定すること、パワーグリッド１２１が標準化された周波数（例えば、米国では６０ヘルツ）未満になったことを感知すること、および／または、燃焼温度を上昇させることを促進してより大きいパワーを生成するために１つまたは複数の燃料ノズル１１８により燃焼器セクション１０６に入る燃料流れの量を増加させること、の命令を実行することができる。
【００１４】
プロセッサ２１５が１つまたは複数の処理ユニットを有することができる（例えば、マルチコア構成）。また、プロセッサ２１５は、単一チップ上に二次プロセッサを備えるメインプロセッサが中に存在する１つまたは複数の異種プロセッサシステムを使用することにより実装され得る。示される別の実施例では、プロセッサ２１５は、同じタイプの複数のプロセッサを含有する対称マルチプロセッサシステムであってよい。また、プロセッサ２１５は、１つまたは複数のシステムおよびマイクロコントローラを含む任意適切なプログラム可能回路、マイクロプロセッサ、短縮命令セット回路（ｒｅｄｕｃｅｄ  ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｓｅｔ  ｃｉｒｃｕｉｔ（ＲＩＳＣ））、特定用途向け集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ（ＡＳＩＣ））、プログラム可能論理回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、および、本明細書で説明される機能を実行することができる任意の別の回路を使用して実装され得る。プロセッサ２１５が、本明細書で詳細に説明するように制御システム２００上の１つまたは複数のプロシージャのディスプレイを制御する。
【００１５】
例示の実装形態では、メモリデバイス２１０は、実行可能命令および／または別のデータなどの情報を記憶して検索するのを可能にする１つまたは複数のデバイスである。メモリデバイス２１０は、限定しないが、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、固体ディスクおよび／またはハードディスクなどの、１つまたは複数のコンピュータ可読媒体を有することができる。メモリデバイス２１０は、限定しないが、ソースコード、オブジェクトコード、コンフィギュレーションデータ、実行イベント、および／または、任意の別のタイプのデータを記憶するように構成され得る。
【００１６】
例示の実装形態では、制御システム２００が、プロセッサ２１５に結合されるプレゼンテーションインターフェース２２０を有する。プレゼンテーションインターフェース２２０が、ガスタービン１００のオペレーションに関する情報をユーザ２２５に提示する。プレゼンテーションインターフェース２２０は、例えば、ブラウン管（ｃａｔｈｏｄｅ  ｒａｙ  ｔｕｂｅ（ＣＲＴ））、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、および／または、「電子インク」ディスプレイなどの、ディスプレイデバイスに結合され得る、ディスプレイアダプタ（図示せず）を有することができる。一部の実装形態では、プレゼンテーションインターフェース２２０は１つまたは複数のディスプレイデバイスを有することができる。
【００１７】
例示の実施形態では、制御システム２００が、ユーザ２２５から入力を受信するためにプロセッサ２１５に結合されるユーザ入力インターフェース２３５を有する。ユーザ入力インターフェース２３５には、例えば、キーボード、ポインティングデバイス、マウス、スタイラスペン、タッチセンサパネル（例えば、タッチパッドまたはタッチスクリーン）、ジャイロスコープ、加速度計、位置検出器、および／または、音響式ユーザ入力インターフェースが含まれてよい。タッチスクリーンなどの単一構成要素が、プレゼンテーションインターフェース２２０ディスプレイデバイスおよびユーザ入力インターフェース２３５の両方の機能を有することもできる。
【００１８】
例示の実装形態では、制御システム２００が、プロセッサ２１５に結合される通信インターフェース２４０を有することができる。通信インターフェース２４０は、例えば、ガスタービン１００、発電機１２０および／またはパワーグリッド１２１などの、１つまたは複数のデバイスに連絡される。これらのデバイスに連絡されるために、通信インターフェース２４０は、例えば、有線ネットワークアダプタ、無線ネットワークアダプタ、および／または、移動体通信アダプタを有することができる。一部の実施形態では、制御システム２００はガスタービン１００に少なくとも部分的に組み込まれ、また別の一部の実施形態では、制御システム２００はガスタービン１００の外部にあるかまたは遠隔地にある。
【００１９】
図３は、時間の関数としてのガスタービン負荷の例示のプロット図３００である。より具体的には、図３は時間の関数としての基底負荷のパーセンテージを示す。上で説明したように、ガスタービン１００が、パワーグリッド１２１に結合される発電機１２０に結合される。時間ピリオド３０２、３０４、３０６および３０８では、ガスタービン１００（図１）が機械パワーを生成し、この機械パワーが発電機１２０により電力に変換される。次いで、電力がパワーグリッド１２１に伝送される。時間ピリオド３０２はガスタービン１００の部分負荷運転に関係する。時間ピリオド３０２では、ガスタービン１００はパワーグリッド１２１に同期して通常に運転する。時間ピリオド３０４がガスタービン１００の基底負荷運転に関係する。通常、周波数低下事象のためのグリッドレギュレーションは基底負荷運転について規定する。例示の実施形態では、時間ピリオド３０４で、制御システム２００が、関連する周波数低下制御スケジュールをガスタービン１００の最新状態に適合させる。時間ピリオド３０４でのパワーグリッド１２１の周波数はパワーグリッド１２１のための標準化される周波数に等しく、ガスタービン１００は「基底負荷」を有する。すなわち、時間ピリオド３０４の間、例えば米国の場合、パワーグリッド１２１は６０ヘルツの周波数を有し、パワーグリッド１２１からの電力需要はガスタービン１００の構成要素の能力に基づく固有の限界値を超えない。
【００２０】
一部の実施形態では、メモリデバイス２１０が、ガスタービン１００が最初に製造または設置されるときあるいはスケジュール通りにメンテナンスされるときのガスタービン１００の構成要素の推定される能力に例えば基づく、プログラムされる制御限界値スケジュールを有する。プログラムされる制御限界値スケジュールが、時間ピリオド３０４で使用される運転設定値を超えるガスタービン１００の構成要素のための運転設定値を詳細に設定する。すなわち、制御限界値スケジュールの運転設定値はガスタービン１００の構成要素の固有の能力を超え、したがって、構成要素を制御するのに一時的に使用される場合、ガスタービン１００が出力パワーを増大させ、それにより、時間ピリオド３０４において与える応力および劣化より強い応力および劣化を少なくとも１つの構成要素に与える。このような実施形態では、制御限界値スケジュールはプログラムされ、ガスタービン１００の構成要素の最新の実際の能力（例えば、年数、効率および劣化）に基づかない。
【００２１】
ガスタービン１００の構成要素の最新の能力（例えば、年数、効率および劣化）に関する情報がメモリデバイス２１０に記憶され、制御システム２００により絶えず更新される。時間ピリオド３０４では、ガスタービン１００の構成要素のモデルをそれらの能力（例えば、年数、効率および劣化）を含めて有する制御システム２００（図２）が、パワーグリッド１２１の考えられる周波数低下事象のための適合される制御限界値スケジュールを繰り返し生成する。すなわち、制御システム２００はオフセット値または調整ファクタ（例えば、乗数またはパーセンテージ）を生成し、これらのオフセット値をプログラムされる制御限界値スケジュールに適用し、それにより適合される制御限界値スケジュールを生成する。これらのオフセット値または調整ファクタは、ガスタービン１００の構成要素の効率、年数および劣化に関する受信される情報に基づく。例えば、制御システム２００は数値を用いてオフセット値を生成し、プログラムされる制御限界値スケジュールのパワーグリッド１２１の周波数に関連する標的燃焼温度を画定することを目的としてオフセット値を減し、それにより、適合される制御限界値スケジュールのための適合される標的燃焼温度が得られる。別の実施形態では、圧力、サージ限界値、入口ガイドベーン位置、および／または、燃料流量などの、別の運転設定値が適合される制御限界値スケジュールのために計算され得る。
【００２２】
例示の実施形態では、時間ピリオド３０６で、パワーグリッド１２１の周波数が低下する。言い換えると、例示の実施形態では、時間ピリオド３０６がパワーグリッド１２１の周波数低下事象を示す。周波数低下事象３０６では、制御システム２００が、ガスタービン１００のパワー出力を増大させるために適合される制御限界値スケジュールを適用する。時間ピリオド３０８が、制御システム２００が適合される制御限界値スケジュールを適用した後の経過した時間量を示す。適合される制御限界値スケジュールを適用することにより、パワーグリッド１２１の周波数がさらに低下することが防止される。
【００２３】
一部の実施形態では、メモリ２１０内に、プログラムされる制御限界値スケジュールが存在しない。このような実施形態では、制御システム２００は、プログラムされる制御限界値スケジュールに対して調整値またはオフセット値を適用するのではなく、制御システム２００内のモデルにより、メモリ２１０内に記憶されるガスタービン１００の構成要素の能力に関する情報から直接に適合される制御限界値スケジュールを生成することにより、適合される制御限界値スケジュールを生成する。
【００２４】
図４は、パワーグリッド１２１の周波数に対するガスタービン運転設置値の限界値の例示のプロット図４００である。プロット図４００では、パワーグリッド１２１の周波数が右方向に増加する。線４０２がガスタービン１００の固有の限界値を示す。すなわち、線４０２を超える運転設定値に従うように１つまたは複数の構成要素を運転することにより、ガスタービン１００の構成要素の劣化が拡大する危険が生じる。曲線４０４が、周波数低下事象を補償するようにガスタービン１００を運転するための設置値を示す。周波数が小さいと、より大きい運転設定値が適用される。曲線４０４に関連する設置値は、図３を参照して考察したプログラムされる制御限界値スケジュールに相当する。すなわち、曲線４０４に関連する運転設定値はガスタービン１００の構成要素の最新の状態（例えば、年数、効率および劣化に関連する最新の能力に関する情報を含む）を考慮せず、上述したプログラムされる制御限界値スケジュールに類似する。曲線４０６は、ガスタービン１００の構成要素の最新の能力（例えば、年数、効率および劣化）を考慮する制御限界値スケジュールを示す。すなわち、曲線４０６は、図３を参照して上で考察した適合される制御限界値スケジュールに対応する。曲線４０６は５つの点４０８、４１０、４１２、４１４および４１６を含む。点４０８、４１０、４１２、４１４および４１６は各々が本明細書においてより詳細に考察するように制御システム２００によって順番に計算される。一部の実施形態では、制御システム２００は、点４０８、４１０、４１２、４１４、４１６のいずれかの間の運転設定値を決定するために内挿計算またはカーブフィッティング計算を実施することができる。加えて、一部の実施形態では、制御システム２００は曲線４０６に沿う５つの点より多い点または少ない点について設定値を計算することができる。
【００２５】
図５は、ガスタービン１００の運転を適合させるための制御システム２００の例示の追加のフィーチャの機能ブロック図である。ブロック５０２が制御システム２００の制御エフェクタスケジューリング機能（ｃｏｎｔｒｏｌ  ｅｆｆｅｃｔｏｒ  ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を示す。上で考察したように、ガスタービン１００のための１つまたは複数の運転設定値がパワーグリッド１２１の周波数低下事象を補償するために制御システム２００によって変更される。例えば、制御システム２００は、ガスタービン１００からのパワー出力の量を調整するために入口ベーン組立体１２３の位置を変更することができる。
【００２６】
ブロック５０４が、周波数低下負荷条件を特定するための制御システム２００の機能を示す。すなわち、所与の周波数低下事象のためのガスタービン１００のパワー出力のルールがブロック５０４の機能によって特定される。より具体的には、ガスタービン１００が位置するところの管轄範囲が１セットのルールを画定し、この１セットのルールは、パワーグリッド１２１の所与の周波数においてガスタービン１００が生成しなければならない公称出力のパーセンテージに関連して規定される。これらのルールはメモリデバイス２１０に記憶され、ガスタービン１００の必要なパワー出力を決定する際にプロセッサ２１５によってアクセスされる。管轄範囲が周波数低下事象でのパワー出力に対する１セットのルールを定義しないような別の事例では、初期設定の１セットのルールがメモリデバイス２１０に記憶される。
【００２７】
ブロック５０６は、ガスタービン１００の構成要素の年数、効率および劣化を追跡することを含めた、ガスタービン１００の最新の状態、運転および能力に関する情報を生成するモデルである。このモデルは、線形および／または非線形システム同定、ニューラルネットワーク、ならびに／あるいは、それらの組み合わせに基づいてよい。このモデルは利用可能な情報を得て負荷を計算し、適合される周波数低下事象制御限界値スケジュールを生成するのに必要である推定される任意の追加のパラメータを計算する。ブロック５０６は、例えばセンサ１６０および１６２などのセンサからの情報と、ブロック５０２からの制御エフェクタ設定値と、パワーグリッド１２１の最新の周波数に関連する情報と、後で説明するブロック５０８からの出力とを受信する。ブロック５０６に入力される情報に基づき、ブロック５０６が、燃焼器１１６内の燃焼温度などの直接には測定され得ないような状態を推定することができる。同様に、例示の実施形態では、ブロック５０６がガスタービン１００の推定される負荷を計算する。
【００２８】
ブロック５０８が、例えば比例積分（ＰＩ）コントローラなどのフィルタを示す。本明細書に記載される機能を提供するのに別のタイプのフィルタが使用されてもよい。ブロック５０８がブロック５０４から負荷条件を受信し、ブロック５０６からガスタービン１００の推定される負荷を受信する。ブロック５０８が、ブロック５０６から出力される推定される負荷をブロック５０４から出力される負荷条件に適合させるためにガスタービン１００の標的運転設定値を調整する。例えば、ブロック５０６によって示されるモデルは、例えばパワーグリッド１２１が例えば６０ヘルツの周波数を有する場合にガスタービン１００の運転のための燃料流れの情報を有することができる。ブロック５０４および５０６の上で言及した出力に基づき、ブロック５０８が、例えば、パワーグリッドの５８ヘルツの周波数に対応する負荷条件に適合させる必要がある燃料流れの量を決定する。ブロック５０８の出力がブロック５０６に戻される。
【００２９】
ブロック５１０がブロック５０２および５０６の出力（すなわち、制御エフェクタの位置、ならびに、構成要素の年数、劣化および効率を含めたモデル情報）を受信し、図３および４を参照して考察したように適合される制御限界値スケジュールを生成することを目的としてプログラムされる制御限界値スケジュールに適用されるべき調整ファクタまたはオフセット値を計算する。別の実施形態では、ブロック５１０はプログラムされる制御限界値スケジュールに対して調整値を適用せず、モデル（ブロック５０６）によって生成されるガスタービン１００の構成要素の最新の能力（例えば、年数、劣化および効率）に関する記憶される情報から直接に適合される制御限界値スケジュールを生成する。曲線４０６に対応して点４０８、４１０、４１２、４１４および４１６（図４）を含む適合される制御限界値スケジュールが継続的に修正または再生成され、したがって、ガスタービン１００内の状態が変化すると、適合される制御管理スケジュールも変化する。しかし、一部の実施形態では、制御システム２００は、周波数低下事象が実際に発生する場合に適合される制御限界値スケジュールを再生成することを停止し、周波数低下事象が終了した際に適合される制御限界値スケジュールを再生成することを再開する。上で考察したように、周波数低下事象が発生する場合、制御システム２００が、ガスタービン１００の１つまたは複数の構成要素に対して、適合される制御限界値スケジュールのために生成される運転設定値を適用する。
【００３０】
図６は、制御システム２００（図２）によって実施され得る例示のデータ点配列スキーム６００の図である。第１の時間ピリオド６０２および次の時間ピリオド６０４の各々が５つの時間スロットに分割される。各時間スロットｉにおいて、曲線４０６上の点４０８、４１０、４１２、４１４または４１６（図４）に対応する運転設定値が計算される。すなわち、各時間スロットｉにおいて、制御システム２００が、パワーグリッド１２１のための所与の周波数に対応する運転設定値を計算する。各点４０８、４１０、４１２、４１４および４１６に対応する周波数がパワーグリッド１２１の最新の周波数ではなく、パワーグリッド１２１の潜在的な周波数であることを理解されたい。したがって、制御システム２００が、考えられる未来の周波数低下事象のための運転設定値を生成する。曲線４０６上の点４１６に対応する第５の運転設定値を生成した後、制御システム２００が、時間ピリオド６０４において第１の運転設定値を生成することに戻る。上で説明したように、曲線４０６および点４０８、４１０、４１２、４１４および４１６がガスタービン１００のための適合される制御限界値スケジュールを示す。別の実施形態では、５つの運転設定値を計算するのではなく、制御システム２００は異なる数の運転設定値を計算する。
【００３１】
図７は、制御システム２００（図２）によって実施され得る適合される周波数低下制御限界値スケジュールのための例示のプロセス７００のフローチャートである。ステップ７０２で、制御システム２００が、ガスタービン１００の少なくとも１つの構成要素の状態（例えば、能力）をメモリデバイス２１０に記憶する。ステップ７０４で、制御システム２００が、構成要素のための第１の運転設定値をメモリデバイス２１０内に生成する。第１の運転設定値は、標準化される周波数（例えば、６０ヘルツ）未満であるパワーグリッド１２１の第１の周波数に対応する。例えば、曲線４０６によって示される上で考察される適合される制御限界値スケジュールを生成する際、制御システム２００が、５８ヘルツに対応する点４１０において、パワーグリッドを６０ヘルツで運転させるときの燃焼温度より１００度高くなければならない燃焼器１１６内の燃焼温度を計算することができる。言い換えると、パワーグリッド１２１が５８ヘルツである場合、燃焼温度は例えば華氏３０００度ではなく華氏３１００度でなければならない。したがって、制御システム２００がメモリ２１０に対応する運転設定値を生成して記憶する。運転設定値は、パワーグリッドの５８ヘルツの周波数に関連する負荷条件に適合させるためにガスタービン１００により燃焼温度を上昇させるような、例えば、華氏３１００度の温度、燃料流量、圧力、サージ限界、および／または、別の運転設定値であってよい。
【００３２】
本明細書で説明されるシステムおよび方法の技術的効果は：（ａ）ガスタービンの少なくとも１つの構成要素の状態を記憶すること、および、（ｂ）標準化される周波数未満のパワーグリッドの第１の周波数に対応する、少なくとも１つの構成要素のための第１の運転設定値を生成して記憶すること、のうちの少なくとも１つを含む。
【００３３】
ガスタービンの運転を適合させるための既知のシステムおよび方法と比較すると、本明細書で説明されるシステムおよび方法は、ガスタービンの制御システムが、ガスタービンの１つまたは複数の構成要素の最新の状態を考慮して周波数低下事象のための運転設定値を連続的に生成するのを可能にする。したがって、本明細書で説明されるシステムおよび方法に従って運転するガスタービンは、周波数低下事象時に高い信頼性をもって運転することができる。
【００３４】
ガスタービンの運転を適合させるためのシステムおよび方法の例示の実施形態を上で詳細に説明した。本明細書で説明されるシステムおよび方法は本明細書で説明される特定の実施形態のみに限定されず、これらのシステムの構成要素および／またはこれらの方法のステップは本明細書で説明される別の構成要素および／または別のステップから独立して別個に利用され得る。
【００３５】
本記述は、最良の形態を含めた本発明を開示するために、さらには、任意のデバイスまたはシステムを製造および使用することならびに採用される任意の方法を実施することを含めて、当業者が本発明を実施するのを可能にするために、複数の実施例を使用する。特許を受けることができる本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者には思い付く別の実施例を含むことができる。このような別の実施例は、特許請求の範囲の文言と違わない構造的要素を有する場合、または、特許請求の範囲の文言とほぼ違わない等価の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあることが意図される。
【符号の説明】
【００３６】
１００  ガスタービン
１０２  空気取入口セクション
１０４  圧縮機セクション
１０５  圧縮機ケーシング
１０６  燃焼器セクション
１０８  タービンセクション
１０９  タービンケーシング
１１０  排気セクション
１１２  ロータ組立体
１１４  駆動シャフト
１１５  駆動シャフト
１１６  燃焼器
１１８  燃料ノズル組立体
１２０  発電機
１２１  パワーグリッド
１２２  圧縮機ブレード組立体
１２３  入口ガイドベーン組立体
１２４  静止ノズル組立体
１２５  バケット
１５０  空気
１５２  圧縮空気
１５４  燃焼ガス
１５６  排気ガス
１６０  燃料ノズルセンサ
１６２  圧縮機センサ
２００  制御システム
２１０  メモリデバイス
２１５  プロセッサ
２２０  プレゼンテーションインターフェース
２３５  ユーザ入力インターフェース
２４０  通信インターフェース
３００  プロット図
３０２  時間ピリオド
３０４  時間ピリオド
３０６  時間ピリオド
３０８  時間ピリオド
４００  プロット図
４０２  線
４０４  曲線
４０６  曲線
４０８  点
４１０  点
４１２  点
４１４  点
４１６  点
５０２  ブロック
５０４  ブロック
５０６  ブロック
５０８  ブロック
５１０  ブロック
６０２  第１の時間ピリオド
６０４  次の時間ピリオド
７００  プロセス
７０２  ステップ
７０４  ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
2014163384000001.pdf