(57)【要約】      （修正有）【課題】発電システムの前述の構成要素は、周囲空気を受けると、発電システムの構成要素が凍結、詰まり、または故障する可能性がある場合などの、厳しい環境で動作して可能性があり、発電システムの構成要素の凍結を防止することができるシステムを提供する。【解決手段】１つまたは複数のプロセッサは、複数の入力に基づいて発電システムの１つまたは複数の出力パラメータを決定し、１つまたは複数の出力パラメータが１つまたは複数のそれぞれの閾値内にあるかどうかを判定し、１つまたは複数の出力パラメータが１つまたは複数のそれぞれの閾値の範囲外にある場合、発電システムの１つまたは複数の燃料スケジュール調整を決定し、１つまたは複数の燃料スケジュール調整に基づいて、発電システムの燃焼機に燃料を供給するための燃料スケジュールを修正する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電システム（１０）であって、
１つまたは複数のプロセッサ（３９）と、
前記１つまたは複数のプロセッサ（３９）に、
前記発電システム（１０）内の圧縮機（２０）の入口と前記圧縮機（２０）の出口との間に結合された、前記圧縮機（２０）の出口を出る第１の流体を前記圧縮機（２０）の前記入口に流体的に結合するよう構成される、バルブ（５４，５８，６２）の流量を備える、前記発電システム（１０）に関連する複数の入力を示すデータを受信させ、
前記複数の入力に基づいて前記発電システム（１０）の１つまたは複数の出力パラメータを決定させ、
前記１つまたは複数の出力パラメータが１つまたは複数のそれぞれの閾値内にあるかどうかを判定させ、
前記１つまたは複数の出力パラメータが前記１つまたは複数のそれぞれの閾値の範囲外にある場合、前記発電システム（１０）の１つまたは複数の燃料スケジュール調整を決定させ、
前記１つまたは複数の燃料スケジュール調整に基づいて、前記発電システム（１０）の燃焼機（２２）に燃料（３１）を供給するための燃料スケジュールを修正させる、
よう構成される命令を格納するメモリと、
を備える、発電システム（１０）。
【請求項２】
前記発電システム（１０）の前記１つまたは複数の出力パラメータが、
前記発電システム（１０）のガスタービン（２６）から排出されるガスの温度を示すデータの第１のセット、
前記ガスタービン（２６）の出力を示すデータの第２のセット、
前記ガスタービン（２６）によって排出される亜酸化窒素（ＮＯｘ）レベルを示すデータの第３のセット、または、
それらの任意の組み合わせ、
を備える、請求項１に記載の発電システム（１０）。
【請求項３】
前記燃料スケジュールが、
１回または複数回の前記ガスタービン（２６）の１つまたは複数の燃料ノズル（２４）を通って流れる燃料（３１）の流量、
前記ガスタービン（２６）の前記１つまたは複数の燃料ノズル（２４）を通って流れる前記燃料（３１）の組成物、または、
それらの任意の組み合わせ、
を備える、請求項１に記載の発電システム（１０）。
【請求項４】
前記１つまたは複数のそれぞれの閾値のそれぞれは、それぞれの上方閾値およびそれぞれの下方閾値を備える、請求項１に記載の発電システム（１０）。
【請求項５】
前記１つまたは複数の出力パラメータが前記１つまたは複数のそれぞれの閾値内にあるかどうかを前記１つまたは複数のプロセッサ（３９）に判定させるように構成される前記命令を格納する前記メモリが、前記発電システム（１０）の前記１つまたは複数の出力パラメータのそれぞれが前記それぞれの上限値および前記それぞれの下限値内にあるかどうかを判定することを含む、請求項４に記載の発電システム（１０）。
【請求項６】
前記１つまたは複数の出力パラメータが前記１つまたは複数のそれぞれの閾値内にあるかどうかを前記１つまたは複数のプロセッサ（３９）に判定させるよう構成される前記命令を格納する前記メモリが、前記発電システム（１０）の前記１つまたは複数の出力パラメータの少なくとも１つが前記それぞれの上限値および前記それぞれの下限値内にあるかどうかを判定することを含む、請求項４に記載の発電システム（１０）。
【請求項７】
１つまたは複数の燃料スケジュール調整を決定するよう構成された命令を格納する前記メモリが、前記バルブ（５４，５８，６２）に対する調整を決定することを含む、請求項１に記載の発電システム（１０）。
【請求項８】
バルブ（５４，５８，６２）に対する調整を決定するよう構成される命令を格納する前記メモリが、前記バルブ（５４，５８，６２）の開閉を、前記発電システム（１０）の前記１つまたは複数の出力パラメータにさせて、前記１つまたは複数のそれぞれの閾値に動かすかどうかを決定することを含む、請求項７に記載の発電システム（１０）。
【請求項９】
前記１つまたは複数のプロセッサ（３９）に前記燃料スケジュールを修正させるよう構成される前記命令を格納する前記メモリが、前記決定されたバルブ調整に基づいて前記バルブ（５４，５８，６２）を修正することを含む、請求項８に記載の発電システム（１０）。
【請求項１０】
１つまたは複数のプロセッサ（３９）によって実行されるよう構成される命令を格納する有形の非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令は、実行されると、前記１つまたは複数のプロセッサ（３９）に、
前記発電システム（１０）内の圧縮機（２０）の入口と前記圧縮機（２０）の出口との間に結合された、前記圧縮機（２０）の出口を出る第１の流体を前記圧縮機（２０）の前記入口に流体的に結合するよう構成される、バルブ（５４，５８，６２）の流量を備える、前記発電システム（１０）に関連する複数の入力を示すデータを受信させ、
前記複数の入力に基づいて前記発電システム（１０）の１つまたは複数の出力パラメータを決定させ、
前記１つまたは複数の出力パラメータが１つまたは複数のそれぞれの閾値内にあるかどうかを判定させ、
前記１つまたは複数の出力パラメータが前記１つまたは複数のそれぞれの閾値の範囲外にある場合に前記バルブ（５４，５８，６２）に対する１つまたは複数の調整を決定させ、
前記バルブ（５４，５８，６２）に対する前記１つまたは複数の調整に基づいて前記バルブ（５４，５８，６２）を修正させる、
よう構成される、有形の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１１】
前記１つまたは複数のプロセッサ（３９）に前記バルブ（５４，５８，６２）を修正させるよう構成される前記命令が、前記バルブ（５４，５８，６２）に関連する開口部の一部を前記バルブ（５４，５８，６２）に開かせることを含む、請求項１０に記載の有形の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１２】
前記１つまたは複数のプロセッサ（３９）にバルブ（５４，５８，６２）に対する調整を決定させるよう構成される前記命令が、前記バルブ（５４，５８，６２）の開閉を、前記発電システム（１０）の前記１つまたは複数の出力パラメータにさせて、前記１つまたは複数のそれぞれの閾値に動かすかどうかを決定することを含む、請求項１０に記載の有形の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１３】
前記１つまたは複数のプロセッサ（３９）に前記バルブ（５４，５８，６２）に対する１つまたは複数の調整を決定させるよう構成される前記命令が、前記発電システム（１０）のための１つまたは複数の燃料スケジュール調整を決定することを含む、請求項１０に記載の有形の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１４】
前記１つまたは複数のプロセッサ（３９）に前記バルブ（５４，５８，６２）を修正させるよう構成された前記命令が、前記１つまたは複数の燃料スケジュール調整に基づいて前記発電システム（１０）の燃焼機（２２）に燃料（３１）を供給するための燃料スケジュールを修正することを含む、請求項１３に記載の有形の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１５】
前記発電システム（１０）の前記出力パラメータが、
前記発電システム（１０）のガスタービン（２６）から排出されるガスの温度を示すセンサデータの第１のセットと、
前記ガスタービン（２６）の出力を示すセンサデータの第２のセットと、
前記ガスタービン（２６）によって排出される亜酸化窒素（ＮＯｘ）レベルを示すセンサデータの第３のセットと、
を備える、請求項１０に記載の有形の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１６】
プロセッサ（３９）を介して、前記発電システム（１０）に関連する複数の入力を示すデータを受信するステップであって、前記複数の入力が、前記発電システム（１０）内の圧縮機（２０）の入口と前記圧縮機（２０）の出口との間に結合されるバルブ（５４，５８，６２）の流量を備え、前記バルブ（５４，５８，６２）が、前記圧縮機（２０）の前記出口を出る第１の流体を前記圧縮機（２０）の前記入口に流体的に結合するよう構成される、ステップと、
前記プロセッサ（３９）を介して、前記複数の入力に基づいて、前記発電システム（１０）の１つまたは複数の出力パラメータを決定するステップと、
前記プロセッサ（３９）を介して、前記１つまたは複数の出力パラメータが１つまたは複数のそれぞれの閾値内にあるかどうかを判定するステップと、
前記プロセッサ（３９）を介して、前記１つまたは複数の出力パラメータが前記１つまたは複数のそれぞれの閾値内にない場合に前記バルブ（５４，５８，６２）に対する１つまたは複数の調整および前記発電システム（１０）に対する１つまたは複数の燃料スケジュール調整を決定するステップと、
前記プロセッサ（３９）を介して、前記バルブ（５４，５８，６２）に対する前記１つまたは複数の調整に基づいて前記バルブ（５４，５８，６２）を修正するステップであって、前記バルブ（５４，５８，６２）を修正するステップが、前記バルブ（５４，５８，６２）と関連する開口部の一部を開閉するステップを含む、ステップと、
前記プロセッサ（３９）を介して、前記１つまたは複数の燃料スケジュール調整に基づいて前記発電システム（１０）の燃焼機（２２）に燃料（３１）を供給するための燃料スケジュールを修正するステップと、
を含む、方法。
【請求項１７】
前記燃料スケジュールが、
ガスタービン（２６）の内部温度と、
前記ガスタービン（２６）の燃焼機（２２）の内部温度と、
前記ガスタービン（２６）の燃料ノズル（２４）を通って流れる燃料（３１）の流量と、
前記ガスタービン（２６）の前記燃料ノズル（２４）を通って流れる前記流体の組成物と、
を備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記発電システム（１０）の前記１つまたは複数の出力パラメータが、
前記発電システム（１０）のガスタービン（２６）から排出されるガスの温度を示すデータの第１のセットと、
前記ガスタービン（２６）の出力を示すデータの第２のセットと、
前記ガスタービン（２６）によって排出される亜酸化窒素（ＮＯｘ）レベルを示すデータの第３のセットと、
を備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記１つまたは複数のそれぞれの閾値のそれぞれは、それぞれの上方閾値およびそれぞれの下方閾値を備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記１つまたは複数の出力パラメータが前記１つまたは複数のそれぞれの閾値内にあるかどうかを前記１つまたは複数のプロセッサ（３９）に判定させるように構成される前記命令を格納する前記メモリが、前記発電システム（１０）の前記１つまたは複数の出力パラメータのそれぞれが前記それぞれの上限値および前記それぞれの下限値内にあるかどうかを判定することを含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書において開示される発明の主題は、ターボ機械に関し、より詳細には、ガスタービンのタービン入口フィルタの外殻抽気熱を制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電システムにおいて、ガスタービンまたは蒸気タービンなどのタービンが、燃料および空気（例えば、オキシダント）を回転エネルギーへと変換することができる。例えば、ガスタービンは、圧縮機によって空気を圧縮し、圧縮した空気を燃料と混合して、空気−燃料混合物を形成することができる。次いで、ガスタービンの燃焼機が、空気−燃料混合物を燃焼させ、燃焼処理からのエネルギーを使用して１つまたは複数のタービンブレードを回転させることにより、回転エネルギーを生み出すことができる。次いで、回転エネルギーを、発電機によって電気に変換し、電力網、車両、または他の負荷へと供給することができる。
【０００３】
発電システムの前述の構成要素は、周囲空気を受けると、発電システムの構成要素が凍結、詰まり、または故障する可能性がある場合などの、厳しい環境（例えば、寒冷環境）で動作している可能性がある。発電システムの構成要素の凍結を防止することができるシステムおよび方法を含むことによって、発電システムの設計を改善することは、発電システムの特定の構成要素のメンテナンスを減らし、または寿命を延ばすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８８４４２５８号明細書
【発明の概要】
【０００５】
当初請求する本発明の範囲に相応する特定の実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は特許請求の範囲を限定しようとするものではなく、むしろ、これらの実施形態は、本明細書に開示される実施形態について可能性がある形式の概要を提供しようとするものにすぎない。実際、開示する実施形態は、以下に記載される実施形態に類似しても、あるいは以下に記載される実施形態から異なってもよい種々の形態を包含することができる。
【０００６】
第１の実施形態では、発電システムは、１つまたは複数のプロセッサと、１つまたは複数のプロセッサに一連のステップを実行させる命令を格納するメモリとを含む。すなわち、１つまたは複数のプロセッサは、発電システムに関連する複数の入力を示すデータを受信し、複数の入力は、発電システムの圧縮機の入口と圧縮機の出口との間に結合されたバルブの流量を含み、バルブは、圧縮機の出口を出る第１の流体を圧縮機の入口に流体的に結合させる。さらに、１つまたは複数のプロセッサは、複数の入力に基づいて発電システムの１つまたは複数の出力パラメータを決定し、１つまたは複数の出力パラメータが１つまたは複数のそれぞれの閾値内にあるかどうかを判定し、１つまたは複数の出力パラメータが１つまたは複数のそれぞれの閾値の範囲外にある場合、発電システムの１つまたは複数の燃料スケジュール調整を決定し、１つまたは複数の燃料スケジュール調整に基づいて、発電システムの燃焼機に燃料を供給するための燃料スケジュールを修正する。
【０００７】
第２の実施形態では、１つまたは複数のプロセッサによって実行される命令を格納する有形の非一時的なコンピュータ可読媒体であって、命令は、実行されると、１つまたは複数のプロセッサに発電システムに関連する複数の入力を示すデータを受信させ、複数の入力は、発電システム内の圧縮機の入口と圧縮機の出口との間に結合されるバルブの流量を含み、バルブは、圧縮機の出口を出る第１の流体を圧縮機の入口に流体的に結合する。さらに、命令は、実行されると、１つまたは複数のプロセッサに、複数の入力に基づいて発電システムの１つまたは複数の出力パラメータを決定させ、１つまたは複数の出力パラメータが１つまたは複数のそれぞれの閾値内にあるかどうかを判定させ、１つまたは複数の出力パラメータが１つまたは複数のそれぞれの閾値の範囲外である場合にバルブに対する１つまたは複数の調整を決定させ、バルブに対する１つまたは複数の調整に基づいてバルブを修正させる。
【０００８】
第３の実施形態では、方法は、プロセッサを介して、発電システムに関連する複数の入力を示すデータを受信するステップを含み、複数の入力は、発電システムの圧縮機の入口と圧縮機の出口との間に結合されたバルブの流量を含み、バルブは、圧縮機の出口を出る第１の流体を圧縮機の入口に流体的に結合させる。さらに、本方法は、プロセッサを介して、複数の入力に基づいて発電システムの１つまたは複数の出力パラメータを決定するステップと、プロセッサを介して、１つまたは複数の出力パラメータが１つまたは複数のそれぞれの閾値内にあるかどうかを判定するステップと、１つまたは複数の出力パラメータが１つまたは複数のそれぞれの閾値の範囲外にある場合、プロセッサを介して、値に対する１つまたは複数の調整および発電システムの１つまたは複数の燃料スケジュール調整を決定するステップと、を含む。本方法はさらに、プロセッサを介して、バルブに対する１つまたは複数の調整に基づいてバルブを修正するステップを含み、バルブを修正するステップは、バルブと関連する開口部の一部を開閉するステップと、プロセッサを介して、１つまたは複数の燃料スケジュール調整に基づいて発電システムの燃焼機に燃料をもたらすための燃料スケジュールを修正するステップとを含む。
【０００９】
ここで開示する実施形態のこれらの、ならびに他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態による、発電システムの１つまたは複数の出力パラメータを制御する発電システムおよび制御器のブロック図である。
【図２】一実施形態による、図１の発電システムの１つまたは複数のシステム出力パラメータの制御を可能にする発電システムの構成要素の配置を示す概略図である。
【図３】一実施形態による、外殻抽気熱流量を調整することによって、図１の発電システムの１つまたは複数のシステム出力を制御するために制御器によって実行される処理の流れ図である。
【図４】一実施形態による、図１の発電システムの目標システム出力パラメータを達成するために閉ループフィードバックを介して燃料スケジュールを変更する制御器によって実行される処理の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示の１つまたは複数の特定の実施形態が、以下で説明される。これらの実施形態に関する簡潔な説明を提供するために、実際の実装態様に関する全ての特徴について本明細書に説明するわけではない。任意のエンジニアリングまたは設計プロジェクトにおけるような、任意のこのような実際の実装の開発においては、例えば、システム関連およびビジネス関連の制約の遵守のような開発者の特定の目標を達成するために、別の実装によって異なる可能性がある多くの実装の詳細が決定される必要があることを理解されたい。さらに、このような開発作業は複雑で時間がかかるかもしれないが、にもかかわらず、この開示の利益を得る当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常的な仕事であることを理解されたい。
【００１２】
本開示の様々な実施形態の要素を導入する場合、冠詞「１つの（ａ、ａｎ）」、「この（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」は、その要素が１つまたは複数存在することを意味することを意図する。「備える」、「含む」、および「有する」という用語は、記載された要素以外の追加の要素が存在する可能性を含む、および意味することを意図する。
【００１３】
発電システムは、周囲条件（例えば、温度、湿度レベルなど）が閾値量を下回る可能性があるような周囲条件が好ましくない可能性がある様々な環境で動作している可能性がある。場合によっては、周囲条件が閾値を下回る場合、発電システムの効率および寿命が損なわれる可能性がある。例えば、発電システムは、周囲温度閾値未満で動作する可能性がある。ある場合には、燃焼機によって受け取られる周囲空気は、氷を圧縮機の入口または圧縮機の前方に堆積させる可能性があり、様々な構成要素を損傷させ、頻繁なメンテナンスを必要とし、システムの効率に悪影響を及ぼし、および／または不都合な周囲条件による他の負の結果をもたらす可能性がある。
【００１４】
特定の気候条件では、水が圧縮機の入口に（例えば、水源を介して）落ちて、氷が堆積する可能性がある。いくつかの例では、発電システムの構成要素（例えば、冷却塔）が、圧縮機の入口に水を堆積させる水源となる可能性もある。氷が入口に堆積すると、入口の流れ容量を制限し、適切な量の空気が圧縮機に入るのをさらに妨げる可能性がある。以下で説明する発明の主題は、場合によっては、前述の氷の堆積を防止することができるシステムおよび方法を扱う。
【００１５】
特定の環境の周囲条件を補正するために、ガスタービンの排気条件（例えば、排出ガス、出力、温度など）などの発電システムの特定の動作パラメータを制御すること、および／または圧縮機の入口での好ましくない状態（例えば、氷の堆積）を防止することにより、発電システムのいくつかの構成要素の寿命を延ばすことができる。特定の実施形態では、発電システムの構成要素の寿命は、亜酸化窒素（ＮＯｘ）排出物、出力、および排気温度などのシステム出力パラメータ（例えば、ガスタービンの出力）が、許容可能な閾値制限内にあることを保証することによって延ばすことができる。例えば、ＮＯｘ排出レベルがあるレベルを超えて上昇すると、有害な排出物が大気中に排出される可能性がある。さらに、ＮＯｘ排出レベルが閾値未満である場合、出力は、連続運転にとって効率的でない可能性がある。したがって、特定の実施形態では、目標出力値の間のシステム出力パラメータの値を維持することができる閉ループシステムが実施される場合、発電システムの動作を向上させることができる。閉ループシステムは、以下に詳細に説明するように、少なくとも数学モデルに基づいて、燃料スケジュールを修正し、および／またはバルブを開閉することによって、目標閾値間でシステム出力パラメータの値を維持することができる。
【００１６】
前述したことを考慮して、例えば、発電システムの構成要素の寿命を改善するために、本明細書に記載の技術を組み込むことができる発電システム１０の一実施形態を説明することは有用であり得る。図示のように、図１は、ガスタービンシステム１２、監視および制御システム１４、ならびに燃料供給システム１６を含む発電システム１０の一例を示す。ガスタービンシステム１２は、圧縮機２０、燃焼システム２２、燃料ノズル２４、ガスタービン２６、および排気部２８を含むことができる。運転中、ガスタービンシステム１２は、周囲流体３０（例えば、空気）を圧縮機２０に引き込むことができる。圧縮機２０の入口には、以下に詳細に説明するように、周囲流体３０を処理して受け入れるようにフィルタ２１を配置することができる。さらに、フィルタ２１は、周囲流体３０の流れを圧縮機２０に導くことができる。さらに、周囲流体３０を受け取ると、圧縮機は周囲流体３０を圧縮し、周囲流体３０を（例えば、多くの燃焼機を含む可能性がある）燃焼システム２２に移動させることができる。燃焼システム２２では、燃料ノズル２４（またはいくつかの燃料ノズル２４）は、圧縮された周囲流体３０と混合して例えば空燃混合気を生成する燃料を噴射することができる。
【００１７】
空燃混合気は燃焼システム２２内で燃焼して高温燃焼ガスを発生させることができ、高温燃焼ガスは下流のタービン２６内に流れて１つまたは複数のタービン段を駆動する。例えば、燃焼ガスはタービン２６を通って移動してタービンブレードの１つまたは複数の段を駆動することができ、これにより、次にシャフト３２の回転を駆動することができる。シャフト３２を、発電するためにシャフト３２のトルクを使用する発電機などの負荷３４に接続することができる。タービン２６を通過した後、高温燃焼ガスを、排気ガス３６として排気部２８を介して環境に排出することができる。排気ガス３６は、二酸化炭素（ＣＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などのガスを含むことができる。
【００１８】
排気ガス３６は熱エネルギーを含む可能性があり、熱エネルギーは熱回収蒸気発生システム（ＨＲＳＧ）３７によって回収することができる。発電システム１０などの複合サイクルシステムでは、高温排気ガス３６がガスタービン２６から流れてＨＲＳＧ３７に送られ、高温高圧蒸気を生成するために使用することができる。その後、ＨＲＳＧ３７によって生成された蒸気は、さらなる発電のために蒸気タービンエンジンを通過することができる。さらに、生成された蒸気は、燃料３１を燃焼させて未処理の合成ガスを生成するために使用されるガス化装置などの、蒸気が使用され得る他の任意の処理に供給することもできる。ガスタービンエンジンの生成サイクルは、しばしば「トッピングサイクル」と呼ばれ、蒸気タービンエンジンの生成サイクルは、しばしば「ボトミングサイクル」と呼ばれる。これらの２つのサイクルを組み合わせることにより、両方のサイクルにおいてより大きな効率をもたらすことができる。特に、トッピングサイクルからの排熱を取り込み、それを用いて、ボトミングサイクルで使用するための蒸気を発生させることができる。
【００１９】
特定の実施形態では、システム１０は制御器３８も含むことができる。制御器３８を、いくつかのセンサ４２、ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）オペレータインターフェース４４、およびシステム１０の構成要素を制御するのに適した１つまたは複数のアクチュエータ４３に通信可能に接続することができる。アクチュエータ４３は、システム１０の様々な構成要素を制御するのに適したバルブ、スイッチ、ポジショナ、ポンプなどを含むことができる。制御器３８は、センサ４２からデータを受信することができ、圧縮機２０、燃焼機２２、タービン２６、排気部２８、負荷３４、およびＨＲＳＧ３７などを制御するために使用されることができる。
【００２０】
特定の実施形態では、ＨＭＩオペレータインターフェース４４は、システム１０の１つまたは複数のコンピュータシステムによって実行可能であってもよい。プラントオペレータは、ＨＭＩオペレータインターフェース４４を介して発電システム１０とインターフェースすることができる。したがって、ＨＭＩオペレータインターフェース４４は、プラントオペレータがコマンド（例えば、制御コマンドおよび／または動作コマンド）を制御器３８に提供することができるように、様々な入出力デバイス（例えば、マウス、キーボード、モニタ、タッチスクリーン、または他の適切な入出力デバイス）を含むことができる。
【００２１】
制御器３８は、開示された技術を実行するためにソフトウェアプログラムを実行することができる１つまたは複数のプロセッサ３９（例えば、マイクロプロセッサ）を含むことができる。さらに、プロセッサ３９は、複数のマイクロプロセッサ、１つまたは複数の「汎用」マイクロプロセッサ、１つまたは複数の専用マイクロプロセッサ、および／または１つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣＳ）、またはそれらの組み合わせを含むことができる。例えば、プロセッサ３９は、１つまたは複数の縮小命令セット（ＲＩＳＣ）プロセッサを含むことができる。制御器３８は、制御ソフトウェア、ルックアップテーブル、較正データなどの情報を格納することができるメモリデバイス４０を含むことができる。メモリデバイス４０は、揮発性メモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））および／または不揮発性メモリ（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ハードドライブ、または任意の他の適切な光学、磁気、もしくはソリッドステート記憶媒体、またはそれらの組み合わせ）などの有形の非一時的な機械可読媒体を含むことができる。
【００２２】
さらに、図１に示すセンサ４２は制御器３８に通信可能に結合することができ、センサ４２は、リアルタイムデータ（または、例えば、他の任意の適切なデータ）を制御器３８に中継してさらなる処理および／または分析を行うことができることに留意されたい。例えば、燃焼機２２、圧縮機２０、負荷３４、ガスタービン２６などのセンサ４２は、制御器３８に通信可能に結合することができる。特定の実施形態では、ＨＭＩオペレータインターフェース４４は、発電システム１０内の誤動作および／または異常を識別するために、制御器３８から処理されたセンサデータを受信することができる。特定の実施形態では、ＨＭＩオペレータインターフェースは、以下に詳細に説明する制御スキームの品質管理を設定することができる。
【００２３】
図２を参照すると、図示した実施形態は、発電システムの１つまたは複数のシステム出力（例えば、システム出力パラメータ）を制御器３８を介して制御することを可能にする発電システムの構成要素の配置の概略図を含む。より具体的には、図示した実施形態は、圧縮機２０と、圧縮機２０の入口に配置されたフィルタ２１とを含む。特定の実施形態では、フィルタ２１は、圧縮機２０の入口の上に、隣接して、またはその近くに配置することができる。いくつかの実施形態では、フィルタ２１は、フィルタを通過する周囲流体３０から微粒子を除去することができるように、互いに積み重ねられた一連のパネルを含むことができる。例えば、フィルタ２１は、圧縮機２０の入口に互いに積み重ねられた２つ、４つ、６つ、または他の任意の数のパネルを含むことができる。さらに、フィルタ２１は、流体を受け取るための開口部または気流流路を含むことができる。例えば、フィルタ２１は、周囲流体を受ける第１の気流流路と、圧縮機２０から排出される流体を受ける第２の気流流路とを含むことができる。
【００２４】
いくつかの実施形態では、周囲流体３０（例えば、空気）が圧縮機２０に流入する前にフィルタ２１を通って流れることができるよう、フィルタ２１を圧縮機２０の入口に配置することができる。特定の実施形態では、フィルタ２１は、フィルタ２１の性能および／または状態を示すデータを受信して制御器３８に送信するセンサ４２を含むことができる。特定の実施形態では、センサ４２は、フィルタ２１の周囲条件を示すデータを制御器３８に中継することもできる。さらに、センサデータに少なくとも部分的に基づいて、制御器３８は、フィルタ２１のアクチュエータ４３を作動させて、例えば、フィルタ２１の開口部を開閉する、および／またはフィルタ２１の他のアクチュエータ４３を制御することができる。
【００２５】
図示の実施形態は、圧縮機２０およびフィルタ２１に関連する様々な流路を含む。まず、圧縮機２０は、排出された流体（例えば、圧縮空気）を圧縮機２０からガスタービン２６に向けて導く第１の流路５０を含む。ガスタービン２６に到達すると、排出された流体は、ガスタービンブレードの１つまたは複数の段を駆動するために使用することができ、上述のように、負荷３４に動力を与えることができるシャフト３２の回転を駆動することができる。さらに、ガスタービン２６は、データを（例えば、信号として）制御器３８に送信する１つまたは複数のセンサ４２を含むことができる。制御器３８は、制御スキームに従ってガスタービン２６のアクチュエータ４３を作動させるためにセンサデータを処理することができる。さらに、制御器３８は、センサデータを処理して、排気ガス、排気温度、出力などのガスタービン２６の特定の出力パラメータを修正することができる。
【００２６】
さらに、圧縮機２０は、以下、「一次抽気熱（ＰＢＨ）流路５２」と称する第２の流路を含む。ＰＢＨ流路５２は、所与の流量（ＰＢＨ流量）および所与の温度（ＰＢＨ温度）で圧縮機２０から流体の排出を導く。圧縮機２０から排出される流体は、ＰＢＨバルブ５４を通って流れる流体が温度および／またはエネルギーが高くなるよう、高圧および高温とすることができる。さらに、ＰＢＨバルブ５４は、ＰＢＨ流路５２を流れる流体の流れを調節する。制御器３８は、制御スキームに従ってＰＢＨバルブ５４を開閉する要求を示す信号を送ることができる。特定の実施形態では、制御器３８は、アクチュエータ４３を作動させてＰＢＨバルブ５４を開閉することができる。例えば、制御器３８は、ＰＢＨバルブ５４を閉じる要求を示す信号を送信することができ、制御器３８がアクチュエータ４３を作動させてＰＢＨバルブ５４を閉じるようにすることができる。ＰＢＨバルブ５４が完全に閉じられた場合、ＰＢＨ流路５２を通って流体が流れないので、ＰＢＨ温度およびＰＢＨ流量はゼロになる。
【００２７】
さらに、圧縮機２０は、以下、「外殻抽気熱（ＯＢＢ）流路５６」と称する第３の流路を含む。ＯＢＢ流路５６は、ＯＢＢ流路５６が所与の流量（ＯＢＢ流量）および所与の温度（ＯＢＢ温度）を有するように、ＰＢＨ流路５２から流体を受け取る。図示のように、ＯＢＢ流路５６は、流体流をフィルタ２１に導く。ＯＢＢ流路５６から流体を受け取ることに加えて、フィルタ２１は周囲流体３０も受け取ることができることに留意されたい。さらに、ＯＢＢバルブ５８は、ＯＢＢ流路５６を通って流れる流体の流れを調節する。制御器３８は、以下でより詳細に説明するように、制御スキームに従ってＯＢＢバルブ５８を開閉する要求を示す信号を送信することができる。特定の実施形態では、制御器３８は、ＯＢＢバルブ５８のアクチュエータ４３を作動させて、ＯＢＢバルブ５８を開閉することができる。例えば、制御器３８は、ＯＢＢバルブ５８を閉じる要求を示す信号を送信することができ、制御器３８がアクチュエータ４３を作動させてＯＢＢバルブ５８を閉じるようにすることができる。ＰＢＨバルブ５４が完全に閉じられた場合、ＰＢＨ流路５２を通って流体が流れないので、ＰＢＨ温度およびＰＢＨ流量はゼロになる。
【００２８】
さらに、圧縮機２０は、以下、「入口抽気熱（ＩＢＨ）流路６０」と称する第４の流路を含むことができる。ＩＢＨ流路６０は、所与の流量（ＩＢＨ流量）および所与の温度（ＩＢＨ温度）でＰＢＨ流路５２から流体を受け取ることができる。図示のように、ＩＢＨ流路６０は、ＰＢＨ流路５２からの流体の流れをフィルタ２１の後の圧縮機入口の始めに向けることができ、その結果、ＩＢＨ流路６０は、ＩＢＨ流路６０を通って流れる流体を、フィルタ２１を出る流体（例えば、周囲流体３０およびＯＢＢ流路５６からの流体）と結合させることができる。ＩＢＨバルブ６２は、ＩＢＨ流路６０を通って流れる流体の流れを調節する。制御器３８は、制御スキームに従ってＩＢＨバルブ６２を開閉する要求を示す信号を送ることができる。特定の実施形態では、制御器３８は、アクチュエータ４３を作動させてＩＢＨバルブ６２を開閉することができる。例えば、制御器３８は、ＩＢＨバルブ６２を閉じる要求を示す信号を送信することができ、制御器３８がアクチュエータ４３を作動させてＩＢＨバルブ６２を閉じるようにすることができる。ＩＢＨバルブ６２が完全に閉じられた場合、ＩＢＨ流路６０を通って流体が流れないので、ＩＢＨ温度およびＩＢＨ流量はゼロになる。
【００２９】
さらに、特定の実施形態では、ＩＢＨ流路６０およびＩＢＨバルブ６２は含まれなくてもよいことに留意されたい。特定の実施形態では、ＩＢＨ流路６０およびＩＢＨバルブ６２が含まれない場合、流路５２に沿って圧縮機２０を出る流体は、（例えば、ＯＢＢバルブ５８が開いている場合）流路５６に導くことができる。
【００３０】
このことを念頭に置いて、図３は、外殻抽気熱（ＯＢＢ）バルブ５８を調整し、それにより、ＯＢＢ流路５６を流れる流体を調整することによってシステム（例えば、発電システム）の１つまたは複数の出力パラメータを制御するために制御器３８によって実行される処理の流れ図８０の図を含む。
【００３１】
一実施形態では、制御器３８は、周囲条件（例えば、周囲空気温度、圧力、湿度など）を示すデータ（例えば、センサデータ）を受信することができる。周囲条件が閾値未満である場合、ＯＢＢバルブ５８が開き、周囲条件を低下させる可能性がある。さらに、制御器３８が、閾値よりも大きい周囲条件を示すセンサデータを受信する場合、制御器３８は、ＯＢＢバルブ５８を閉じさせる信号をＯＢＢバルブ５８に送信することができる。
【００３２】
さらに、ＩＢＨバルブ６２は、例えば、ＰＢＨ流路５２を通って流れる圧縮機吐出流体を、ＩＢＨ流路６０に沿って圧縮機２０に戻すように、ある割合で開くか、またはある割合で閉じることができる。例えば、ＯＢＢバルブ５８が閉じている場合、（例えば、ＰＢＨバルブ５４が開いた状態に維持されるので）ＰＢＨ流路５２を通って流れる流体が、ＰＢＨ流路５２を通って圧縮機２０を出た後に圧縮機２０に戻って流れることができるよう、ＩＢＨバルブ６２を開いたままにすることができる。
【００３３】
さらなる例として、ＯＢＢバルブ５８が開く場合に、ＰＢＨ流路５２を流れる流体（例えば、高温圧縮機吐出流体）がＯＢＢ流路５６に沿って流れることができるように、ＩＢＨバルブ６２を閉じたままにすることができる。そのような流れ構成では、ＯＢＢバルブ５８が開いている場合、圧縮機２０から排出され、流れＰＢＨ流路５２を通って流れる流体は、フィルタ２１の入口に流れ、周囲流体３０と混合することができる。特定の実施形態では、流体のこの混合物は、周囲流体３０と比較して温度がより高く、凍結粒子でフィルタ２１および／または圧縮機２０が凍結または閉塞するのを防止することができる。
【００３４】
より詳細には、制御器３８は、センサ４２を介して、フィルタ２１の周囲条件を示すデータを受信する（ブロック８２）。周囲条件は、発電システム１０の環境の湿度、フィルタ入口の温度、フィルタ２１の内部の圧力、および／または周囲流体３０の流れに影響を及ぼす可能性がある他の任意の適切な周囲条件を含むことができる。周囲条件は、フィルタ２１の上に、隣接して、内部に、または他の任意の場所に配置される１つまたは複数のセンサ４２によって測定することができる。特定の実施形態では、１つまたは複数のセンサ４２は、制御器３８と（例えば、無線通信または地上回線を介して）通信可能に結合することができる。さらに、特定の実施形態では、センサデータは、制御器３８にリアルタイムまたはほぼリアルタイムで送信することができる。例えば、フィルタ２１の１つまたは複数のセンサ４２は、発電システムの様々な場所における環境の湿度、温度、および圧力のデータを取得し、制御器３８にデータを送信することができる。
【００３５】
特定の実施形態では、制御器３８は、ガスタービン２６の近くに、またはガスタービン２６上に位置することができるセンサ４２からセンサデータを受信することもできる。制御器３８は、フィルタ２１から受信したセンサデータと関連して、ガスタービン２６（例えば、発電システム１０の他の任意の構成要素）からセンサデータを受信することができる。
【００３６】
特定の実施形態では、ガスタービン２６から受信したセンサデータを制御器３８が利用して、ガスタービン２６が適切な状態で稼働していることを確認することができる。すなわち、制御器３８は、ガスタービン２６の出力パラメータのリアルタイムまたはほぼリアルタイムの測定を行い、リアルタイム測定値をガスタービン２６の出力パラメータの計算値と比較するようプログラムすることができる。特定の実施形態では、ガスタービン２６の出力パラメータのセンサデータは、以下に説明する流れ図８０によって実行されるステップの精度をチェックする方法として、制御器３８によって計算された出力パラメータと比較することができる。
【００３７】
フィルタ２１に対する周囲条件のセンサデータを受信した後、制御器３８は、データを処理して、フィルタ２１の周囲条件が閾値よりも大きいかどうかを判定する（判定ブロック８４）。より詳細には、フィルタ２１のセンサ４２によって測定された周囲条件に対する閾値が存在し得る。特定の実施形態では、フィルタ２１の入口での温度、湿度、圧力などの様々な周囲条件に対するそれぞれの閾値が存在する可能性がある。例えば、温度閾値は２９０度ケルビンとすることができ、湿度閾値は５０％相対湿度（ＲＨ）とすることができ、圧力閾値は０．７１ｋＰａとすることができる。
【００３８】
特定の実施形態では、閾値は、例えば、圧縮機２０の入口での凍結を防止するためにプラントオペレータ（例えば、発電システム１０を操作する人）によって予め設定された値とすることができる。いくつかの実施形態では、周囲条件の閾値は、フィルタ２１のセンサ４２から得られたセンサデータおよび／または時間の経過と共に圧縮機２０のセンサ４２から得られたセンサデータに基づいて制御器３８によって自動的に生成される値とすることができる。センサ４２によって得られた発電システム１０の様々な構成要素（例えば、圧縮機２０、ガスタービン２６など）のデータに基づいて、制御器３８は、周囲条件の閾値を更新することができる。例えば、制御器３８は、センサ４２から周囲流体３０の温度測定値を受信し、圧縮機２０の凍結を防止するために、温度閾値を２９０度ケルビンとすべきであると判定することができる。このように、温度閾値は、２９０度ケルビンに更新することができる。
【００３９】
周囲条件が閾値を上回っている場合、ＯＢＢバルブ５８は開かれないままである可能性があり、制御器３８は、所与の周波数でフィルタ２１の周囲条件を継続して受信することができる（ブロック８２）。例えば、特定の実施形態では、低温流体（例えば、周囲流体３０）が圧縮機２０の入口に流入してその内部構成要素を凍結させることを防止するために、温度閾値を２９０度ケルビンに設定して、それによってガスタービン２６の出力の効率を低下させることができる。特定の実施形態では、制御器３８は、周囲条件が２９０度ケルビンの事前設定された閾値未満になるまで、フィルタ２１の周囲条件に関するデータを受信し続けることができる。
【００４０】
周囲温度（または、例えば、他の何らかの状態）が閾値（例えば、２９０度ケルビン）未満である場合、制御器３８は、ＯＢＢバルブ５８のアクチュエータ４３に信号を送り、ＯＢＢバルブ５８を開かせることができる（ブロック８６）。以下では、ＯＢＢバルブ５８を開閉することに関して、ＯＢＢバルブ５８を開閉することにより、ＯＢＢバルブ５８を一定の割合で開閉することができることに留意されたい。例えば、制御器がアクチュエータ４３に送ることができる信号は、ＯＢＢバルブを５％、１０％、２５％、５０％、７５％または他の任意の適切なパーセンテージで開かせることができる。参考までに、ＯＢＢバルブ５８が０％開いている場合、ＯＢＢバルブ５８は完全に閉じている。ＯＢＢバルブ５８が１００％開いている場合、ＯＢＢバルブは完全に開いている。いくつかの実施形態では、バルブを閉じるおよび／または開くことは、バルブに関連する開口部の一部を開くおよび／または閉じることを含むことができる。
【００４１】
ＯＢＢバルブ５８を開くと、ＯＢＢバルブ５８を通ってＯＢＢ流路５６に沿ってフィルタ２１の入口に流体が流れる。上述したように、圧縮機２０から排出された流体は高温である可能性があり、ＰＢＨバルブ５４が開いている可能性があるので、ある実施形態では、ＯＢＢバルブ５８を開くことにより、（例えば、圧縮機２０からの）高温流体を周囲流体３０と混合させることができる。いくつかの実施形態では、流体のこの混合は、圧縮機２０が凍結するのを防止し、それにより、発電システム１０の構成要素への損傷を防止し、場合によっては、ガスタービン２６の効率の低下を防止することができる。
【００４２】
ＯＢＢバルブ５８を開かせる信号を送信した後（例えば、周囲条件がそれぞれの閾値よりも大きいかまたは小さい場合）、制御器３８は、周囲条件がそれらのそれぞれの閾値量よりも大きいかどうかを再度判定することができる（ブロック８８）。すなわち、ある実施形態では、制御器３８は、タイミングスキームに従って周囲温度の測定を行うことができる。例えば、制御器３８は、１００ミリ秒毎、毎秒、４秒毎、１分毎、または他の任意の適切な周波数でセンサ４２からのデータ測定値を受信することができる。ある実施形態では、周囲温度を示すデータ測定値を受信した後、制御器３８は、周囲温度（または、例えば、他の周囲条件）がその閾値よりも大きいかどうかを判定することを続けることができる（ブロック８４および８８）。
【００４３】
ＯＢＢバルブ５８が開かれると、周囲条件が依然としてそれらの閾値よりも小さい場合、制御器は、ＯＢＢバルブ５８をもっと開くように信号を送信することができる（ブロック８６）。上述したように、特定の実施形態では、ＯＢＢバルブ５８は、周囲温度がその閾値よりも低くなるよう開くことができる。
【００４４】
一方、特定の実施形態では、周囲条件がそれぞれの閾値よりも大きい場合、制御器３８はＯＢＢバルブ５８に信号を送り、ＯＢＢバルブ５８を閉じることができる（ブロック９０）。前述の例を続けると、フィルタ２１の入口で取られた周囲温度（および、例えば、他の周囲条件）測定値がその閾値よりも大きい場合、制御器３８は、ＯＢＢバルブ５８に信号を送信し、ＯＢＢバルブ５８をある割合で閉じることができる。例えば、制御器３８は、２９０ケルビンの温度閾値を有するようプログラムすることができる。ＯＢＢ流路５６を通って流れる流体は熱くなる可能性があるので、ＯＢＢ流路５６を通る流体の流れを増加させると、フィルタ２１に流入する流体（例えば、周囲流体３０およびＯＢＢ流路５６を通る流体）の温度を上昇させることができる。このように、ＯＢＢバルブ５８を閉じる信号を送信することにより、圧縮機２０（またはフィルタ２１）に入る流体の温度を下げて、それぞれの閾値に近づけることができる。
【００４５】
いくつかの実施形態では、流れ図８０は、周囲流体３０の湿度または周囲流体３０の他の何らかの状態など、温度以外の周囲条件に適用することができることに留意されたい。さらに、流れ図８０のロジックは、周囲条件が閾値より大きい場合にＯＢＢバルブ５８を代わりに開き、周囲条件が閾値未満である場合にＯＢＢバルブ５８を閉じるように実施してもよい。さらに、いくつかの実施形態は、２つ以上の周囲条件（例えば、温度、湿度など）に流れ図８０を適用して、２つ以上の周囲条件がそれぞれの閾値よりも大きいかまたは小さいことを保証することができる。
【００４６】
前述の流れ図８０を念頭に置いて、発電システム１０への入力と発電システム１０の出力との間の関係を確立するための数学的モデルを以下に示す。圧縮機入口の流量は、以下のように定義することができる。
【００４７】
【数１】
2018189084.tif 000003
ここで、
【００４８】
【数２】
2018189084.tif 000004
は、圧縮機入口の流量、
【００４９】
【数３】
2018189084.tif 000005
は、周囲流体３０の流量、
【００５０】
【数４】
2018189084.tif 000006
は、ＯＢＢ流路５６を流れる流体の流量、
【００５１】
【数５】
2018189084.tif 000007
は、ＰＢＨ流路５２を流れる流体の流量、および
【００５２】
【数６】
2018189084.tif 000008
は、システムからの漏れの流量である。
【００５３】
エンタルピー流量は、以下のように定義することができる。
【００５４】
【数７】
2018189084.tif 000009
ここで、Ｈは、エンタルピー流量であり、
【００５５】
【数８】
2018189084.tif 000010
は、質量流量（例えば、式１の変数のいずれかを参照することができる）であり、ｈは、比エンタルピーである。
【００５６】
比エンタルピーは、流体の圧力と温度の両方の関数であることに留意されたい。これらの関係を念頭に置いて、数学的モデルを以下のように発展させることができる。
【００５７】
【数９】
2018189084.tif 000011
ここで、Ｅｅｍｉｓｓｉｏｎｓは、ガスタービン２６からの排出量（例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ））であり、Ｅｔｅｍｐは、ガスタービン２６からの排気ガスの温度であり、Ｅｐｏｗｅｒは、ガスタービン２６の出力である。ガスタービンからのこれらの出力パラメータは、ＯＢＢ流路５６を流れる流体の質量流量の関数である。したがって、ＯＢＢ流路５６を通る流体の流れを調節することにより、ガスタービンの出力パラメータを制御することができる。
【００５８】
さらに、いくつかの実施形態では、数学モデルは、Ｂｒａｙｔｏｎ  Ｃｙｃｌｅなどの原理によって調節することができる。数学的モデルは、ＯＢＢバルブ５８に対する任意の修正（例えば、任意のパーセント分の閉鎖または開放）が、他の緩和制御因子が生じなければ、排気温度および出力に測定可能な変化をもたらすことを反映することができる。すなわち、定常状態システムでは、ＯＢＢバルブ５８の任意の変化および変動に対する他の自動的な補償（例えば、モデルがＯＢＢバルブ５８の変化に対して調整しないなど）がないと、排気温度および出力に対応する変化（例えば、減少）をもたらす可能性がある。ＯＢＢバルブ５８への修正がシステム出力パラメータにどの程度影響を及ぼすかの相関関係は、数学モデルが考慮し得る他の要因の中でも、バルブのサイズに依存し得る。
【００５９】
ある実施形態では、流れ図８０を適用して周囲条件（例えば、温度、湿度など）を調整することに加えて、流れ図８０の処理を適用して、上記の数学モデルに少なくとも基づいて、ガスタービン２６の出力パラメータを制御することができる。すなわち、ＯＢＢバルブ５８をある量だけ開くと、ＯＢＢバルブ５８に一定量の流れを生じさせることができる。特定の実施形態では、制御器３８は、他のバルブが一定（例えば、開または閉）に保たれている場合に、ＯＢＢバルブ５８を通る流れ（および、流量）を調整することによってガスタービン２６の出力パラメータを計算および制御することができる。例えば、センサ４２は、ＯＢＢバルブ５８の（例えば、流量の）測定値を取ることができ、測定値は制御器３８に送信することができる。次いで、制御器３８は、式３に示すように、ＯＢＢバルブ５８を通る流量に基づいて、ガスタービン２６の出力パラメータ、例えば、排気温度、窒素酸化物（ＮＯｘ）排出、およびガスタービン２６の出力を計算することができる。このように、制御器３８は、ＯＢＢバルブ５８を通る流れパラメータ（例えば、流量）を調整することによって、ガスタービン２６の出力を制御して、ガスタービンの出力を、閾値を超える周囲条件を維持することに関して上述したように閾値を超えたままにさせることができる。
【００６０】
図４を参照すると、システム出力パラメータ（例えば、ガスタービン２６の出力パラメータ）を目標閾値内に維持しようとするガスタービン２６の燃料スケジュールを変更する処理の流れ図１００が示される。流れ図１００は、図１および図２に示すものと同様の発電システム１０に適用することができる。より具体的には、ＯＢＢバルブ５８が開いた状態に維持されている場合、流れ図１００を図２の概略図に適用することができる。すなわち、流れ図１００によって示される処理は、ＯＢＢバルブ５８が開いたままである間に、ガスタービンの測定可能な出力パラメータに変化を生じさせることがある。さらなる実施形態では、圧縮機２０およびガスタービン２６に関連するバルブの状態（例えば、バルブが開いているか、または閉じているか）がわかっている場合、流れ図１００の実施を容易にすることができる。
【００６１】
前述のことを念頭において、流れ図１００は、制御器３８がシステム入力およびシステム出力パラメータ（例えば、ガスタービン２６の出力パラメータ）を示すセンサデータを受信することを含む。システム入力は、ＯＢＢバルブ５８を通る流量
【００６２】
【数１０】
2018189084.tif 000012
周囲流体流３０の温度、および／または他の任意の適切な入力変数を含むことができる。システム出力パラメータは、排気温度、窒素酸化物（ＮＯｘ）排出などを含むことができる。次いで、制御器３８は、システム出力パラメータが閾値内にあるかどうかを判定することができる。システム出力パラメータが閾値内にある場合、制御器３８は、それらのシステム出力を生成するために現在の燃料スケジュールを維持することができる。いくつかの実施形態では、システム出力パラメータが閾値内にある場合、制御器３８は、ＯＢＢバルブ５８をその現在の状態（例えば、一定量開いているか閉じている）に維持することもできる。さらに、制御器３８は、システム出力パラメータを示すセンサデータを受信し続けることができる。
【００６３】
一方、システム出力パラメータが閾値内にない場合、制御器３８は、燃料スケジュールおよび／またはＯＢＢバルブ５８に対する調整を決定して、システム出力パラメータの目標値を達成することができる。燃料スケジュール調整を決定すると、制御器３８は、燃料スケジュール調整に従って燃料スケジュールを修正することができ、および／またはセンサデータの値が閾値内の値を反映するまで、ＯＢＢバルブ調整に従ってＯＢＢバルブ５８を修正することができる。
【００６４】
より詳細には、上述したように、ガスタービン２６は、ガスタービン２６上に、ガスタービン２６内に、および／またはガスタービン２６に隣接して配置されたセンサ４２を含むことができ、センサ４２は、ガスタービン２６の様々システム出力の測定値を取ることができる（ブロック１０２）。例えば、ガスタービン２６は、ガスタービン２６の排気を示す温度読み取り値を制御器３８に送信することができる第１のセンサ４２と、排気ガスのＮＯｘ組成を示す読み取り値を制御器３８に送信することができる第２のセンサ４２と、ガスタービン２６の出力を示す読み取り値を制御器３８に送信することができる第３のセンサ４２などを含むことができる。さらに、上述のように、制御器３８およびセンサ４２は、互いに通信可能に結合することができる。制御器３８は、毎分１０、１００、１０００、または任意の適切な数のセンサ読み取り値を受信することができる。特定の実施形態では、データ測定およびデータ処理は、リアルタイムまたはほぼリアルタイムで行うことができる。
【００６５】
さらに、ガスタービンは、ガスタービン２６の様々なシステム入力の測定を行うことができる（ブロック１０３）センサ４２を含むことができる。例えば、ガスタービン２６は、圧縮機２０の入口の温度を示す温度読み取り値を制御器３８に送信することができるセンサ４２と、ＯＢＢバルブ５８を通る流量を示す読み取り値を制御器３８に送信することができる別のセンサ４２と、圧縮機２０に入る流体の特性（例えば、エンタルピー、温度、圧力など）を示す読み取り値を送信することができる別のセンサ４２などを含むことができる。
【００６６】
センサ読み取り値を受信し、システム入力およびシステム出力パラメータ（例えば、ガスタービンの前述の出力パラメータ）を決定すると、制御器３８は、システム出力パラメータが閾値内にあるかどうかを判定することができる（判定ブロック１０４）。ある実施形態では、測定されたシステム出力パラメータは、許容可能な上限閾値および許容可能な下限閾値などのそれぞれの閾値を有することができる。下限閾値および上限閾値内の任意の値は、システム出力パラメータの目標（例えば、許容可能な）値として識別することができる。例えば、ＮＯｘ排出のシステム出力パラメータに関して、制御器３８は、７ＮＯｘの下限閾値と１０ＮＯｘの上限閾値を規定する。
【００６７】
いくつかの例では、ＯＢＢバルブ５８を通る流量などの様々なシステム入力の測定値は、上述のシステム出力を決定するために制御器３８によって使用することができる。すなわち、上記の数学モデルと、ＯＢＢバルブ５８を通る流量と、様々な入力パラメータに関する他のセンサ読み取り値とに基づいて、制御器３８は、所与の時間または一定期間にわたってシステム出力を決定することができる。このようにして、制御器３８は、いくつかの実施形態では、システム出力を感知することなく、計算されたシステム出力が許容可能な閾値範囲内にあるかどうかを判定することができる。
【００６８】
特定の実施形態では、閾値は、プラントオペレータ（例えば、発電システムにサービスを提供する人）によって予め設定することができる。例えば、制御器３８は、７と１０の値の間の目標ＮＯｘ排出出力閾値を自動的に定めるようプログラムすることができる。同様に、いくつかの実施形態では、他のシステム出力は、閾値の上限値と下限値も含むことができ、閾値外の値（例えば、システム出力を示すセンサデータ）を許容できないと識別することができる。
【００６９】
システム出力パラメータを判定し、システム出力パラメータ（例えば、ガスタービン出力）がそれぞれの閾値内にあるかどうかを判定すると、システム出力パラメータが閾値内にある場合、制御器３８は、ガスタービン２６の現在の燃料スケジュールを維持する（ブロック図１０６）。いくつかの実施形態では、ガスタービン２６の燃料スケジュールは、ガスタービン温度、燃焼点火温度、ガスタービン２６のノズルを通る燃料の個々の流れなどを含むことができる。システム出力パラメータ（例えば、ガスタービン２６の出力）は、ガスタービン２６の燃料スケジュールに部分的に基づいていることに留意されたい。したがって、ある実施形態では、ガスタービン２６のセンサによって受信されたデータが、システム出力パラメータがそれぞれの閾値内にあることを示す場合、燃料スケジュールを維持することにより、システム出力パラメータをそれぞれの閾値内に維持することができる。すなわち、ガスタービン２６のセンサ４２によって受信されたデータが、システム出力パラメータがそれぞれの閾値内にあることを示す場合、燃料スケジュールを維持することにより、システム出力パラメータの値を許容可能な値（例えば、目標値）に維持することができる。
【００７０】
特定の実施形態では、燃料スケジュールが維持される（例えば、変更されないままである）場合、測定可能なシステム出力パラメータは、それぞれの閾値内にとどまることができる。例えば、制御器３８は、ＮＯｘ排出出力（または、例えば、他の任意のシステム出力パラメータ）などのシステム出力パラメータを示すセンサデータを受信することができる。さらに、前述のシステム出力パラメータがその閾値内にある場合、燃料スケジュールは維持される。例えば、制御器３８が１０ＮＯｘの上側閾値および７ＮＯｘの下側閾値を規定し、制御器が、９ＮＯｘの排出測定値を示すセンサデータを受信する場合、現在の燃料スケジュールを維持することができる。
【００７１】
上述の例では、流れ図１００は１つのシステム出力パラメータにのみ適用されるが、流れ図１００は２つ以上のシステム出力パラメータ（例えば、ＮＯｘ排出量および排気ガスの温度）に適用することができる。例えば、いくつかの実施形態では、燃料スケジュールを維持するために、２つ以上のシステム出力パラメータの全てがそれぞれの閾値内にあることを要求することができる。
【００７２】
いくつかの実施形態では、燃料スケジュールを維持するためにシステム出力パラメータの大部分（または任意の数）がそれぞれの閾値内にあるように、優先順位スキームを制御器３８にプログラムすることができる。例えば、制御器３８は、ＮＯｘ排出量、排気ガス温度、ガスタービン２６の出力などのシステム出力パラメータを示すセンサデータを受信することができる。一実施形態では、排気ガス温度がその閾値内ではないが、ＮＯｘ排出出力および出力がそれぞれの閾値内にある場合、優先スキームにより燃料スケジュールを維持することができる。
【００７３】
しかしながら、システム出力パラメータが閾値内にない場合（または、例えば、上記の優先スキームが満たされない場合）、制御器３８は、燃料スケジュールおよび／またはＯＢＢバルブ５８に対する調整を決定して目標システム出力を達成することができる（ブロック１０８）。いくつかの実施形態では、燃料スケジュール調整は、開放ＯＢＢバルブ５８、開放ＰＢＨバルブ５４、および測定可能なタービン出力パラメータに基づく燃料スケジュールへの閉ループフィードバック修正に基づくことができる。すなわち、燃料スケジュール修正は、センサ閉ループフィードバックに基づくことができる。
【００７４】
例えば、ガスタービン２６の排気ガスの温度（または、例えば、異なるシステム出力パラメータ）が閾値内にない場合、制御器３８は、燃焼発火温度のような燃料スケジュールパラメータが、ガスタービン２６の排気ガスの温度を閾値（例えば、目標値）内に収めるように増減する。さらに、制御器３８は、目標システムパラメータを達成するために、流路５６に沿ったより多くの（または、より少ない）流体流を可能にするためにＯＢＢバルブ５８がある割合で開く（または閉じる）べきであると決定することができる。
【００７５】
システム出力が閾値内になく、燃料スケジュールおよび／またはＯＢＢバルブへの修正を決定した後、決定された燃料スケジュールの修正に従って燃料スケジュールが修正される（ブロック１１０）。例えば、ガスタービン２６の排気ガスの温度がその閾値内になく、制御器３８が、排気ガス温度を閾値内にするために燃焼発火温度を上昇すべきであると判定した場合、制御器３８はそれに応じて燃料スケジュールを修正することができる（ブロック１１０）。
【００７６】
いくつかの実施形態では、燃料スケジュールを修正することは、適切なアクチュエータ４３を作動することを示す信号を送信して、燃料スケジュールを修正し、（例えば、それぞれの目標閾値内にない）システム出力パラメータをそれぞれの目標閾値内にすることができる。例えば、制御器３８は、燃焼発火温度を上昇させるべきであると判定することができる。いくつかの実施形態では、制御器３８は、それに応じて燃料ノズルバルブを開き、燃料ノズルに流入する燃料およびガスの流量を増加させて圧力を増加させ、それによって、燃焼発火温度を上昇させることができる。
【００７７】
決定された燃料スケジュール調整に従って燃料スケジューリングを修正すると、ＯＢＢバルブ５８は、ＯＢＢバルブ５８に対する決定された修正に従って修正することができる（ブロック１１２）。例えば、ガスタービン２６の排気ガスの温度がその閾値内になく、制御器３８が、排気ガス温度を閾値内にするためにＯＢＢバルブ５８を開くべきであると判定することができる場合、制御器３８は、それに応じてＯＢＢバルブを修正することができる（ブロック１１０）。
【００７８】
いくつかの実施形態では、ＯＢＢバルブを修正することは、適切なアクチュエータ４３を作動することを示す信号を送信して、ＯＢＢバルブを修正し、（例えば、それぞれの目標閾値内にない）システム出力パラメータをそれぞれの目標閾値内にすることができる。例えば、制御器３８は、ＯＢＢバルブ５８を３５％開く必要があると判定することができる。いくつかの実施形態では、制御器３８は、それに応じて、ＯＢＢバルブ５８を決定された量（例えば、３５％）だけ開き、流路５６に沿った流体の流れを増加させることができる。
【００７９】
上述の例は、燃料スケジュールの１つのパラメータを修正することのみを扱うが、１つのシステム出力がその目標閾値内にない場合、いくつかの実施形態では、１つまたは複数のシステム出力がそれらのそれぞれの目標閾値値内にない場合に、燃料スケジュールの１つまたは複数のパラメータを修正することができる。上述したように、燃料スケジュールは、いくつかの実施形態では、ガスタービン２６の測定可能な出力のセンサフィードバックに基づくことができる、制御器３８によって決定された燃料スケジュール調整に従って修正される。
【００８０】
さらに、いくつかの実施形態では、システム出力パラメータのうちの２つ以上がそれらのそれぞれの目標閾値内にない可能性がある。したがって、制御器３８は、１つまたは複数のシステム出力パラメータをそれぞれの目標値にすることができる燃料スケジュールおよび／またはＯＢＢバルブ５８の修正を決定することができる。上記の例は、燃料スケジュールおよびＯＢＢバルブ５８の両方が目標システム出力パラメータを達成するよう修正される実施形態を開示しているが、特定の実施形態では、制御器は、燃料スケジューリングまたはＯＢＢバルブ５８のうちの一方の修正を決定して修正することができることに留意されたい。
【００８１】
決定された燃料スケジュール調整および／またはＯＢＢバルブ調整に従って燃料スケジュールを修正すると、制御器は、システム出力パラメータを示すセンサデータを受信し（ブロック１０２）、システム出力パラメータがそれぞれの閾値内にあるかどうかを判定する。したがって、流れ図１００は、システム出力パラメータ（例えば、ガスタービン２６の出力）がそれぞれの閾値内にある場合の燃料スケジュール（および、ＯＢＢバルブ構成）を維持し、上述したように、システム出力パラメータがそれらのそれぞれの閾値内にない場合には、燃料スケジューリング（およびＯＢＢバルブ）を決定し修正するための閉ループ制御スキームの実施形態を示す。
【００８２】
本開示の技術的効果は、発電システムのシステム出力パラメータをそれぞれの閾値内に維持するシステムおよび方法を含む。システム出力パラメータは、ガスタービン排気のＮＯｘ排出量、ガスタービン排気の温度、ガスタービンの出力、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。発電システムの燃焼機に燃料を供給するための燃料スケジュールは、システム出力パラメータがそれぞれの閾値内にある場合に維持される。しかしながら、システム出力パラメータがそれぞれの閾値内にない場合、燃料スケジュールを修正することができ、数学的モデルによって決定された修正に基づいて、バルブを部分的に開閉することができる。システム出力が取られ、制御器によって受信された場合のデータにより、システム出力がそれぞれの閾値内にあるかどうかが判定され、それによって、フィードバック制御を継続的に提供する。
【００８３】
本明細書は、開示する本実施形態の実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も開示された実施形態を実施することができるように実施例を用いており、任意の装置またはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。開示された実施形態の特許され得る範囲は、請求項によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が特許請求の範囲の字義通りの文言と異ならない構造体要素を有する場合、または、それらが特許請求の範囲の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造体要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
【００８４】
本明細書に提示され特許請求されている技術は、現行の技術分野を明らかに改善し、抽象的、無形的または純粋に理論的ではない実体的な性質および具体的な事例を参照し適用される。さらに、本明細書の末尾に添付された請求項が「関数を実行するための手段」または「関数を実行するためのステップ」として指定された１つまたは複数の要素を含む場合、そのような要素は３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．２４（ｆ）に基づいて解釈されることを意図している。しかしながら、他の方法で指定された要素を含む請求項については、そのような要素は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．２４（ｆ）の下で解釈されることは意図していない。
【符号の説明】
【００８５】
１０  発電システム
１２  ガスタービンシステム
１４  監視および制御システム
１６  燃料供給システム
２０  圧縮機
２１  フィルタ
２２  燃焼システム、燃焼機
２４  燃料ノズル
２６  ガスタービン
２８  排気部
３０  周囲流体
３１  燃料
３２  シャフト
３４  負荷
３６  排気ガス
３７  熱回収蒸気発生システム（ＨＲＳＧ）
３８  制御器
３９  プロセッサ
４０  メモリデバイス
４２  センサ
４３  アクチュエータ
４４  ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）オペレータインターフェース
５０  第１の流路
５２  一次抽気熱（ＰＢＨ）流路
５４  ＰＢＨバルブ
５６  外殻抽気熱（ＯＢＢ）流路
５８  ＯＢＢバルブ
６０  入口抽気熱（ＩＢＨ）流路
６２  ＩＢＨバルブ
８０  流れ図
１００  流れ図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2018189084000001.pdf