(57)【要約】【課題】ガスタービン燃焼制御システムのコミッショニングを自動化するシステムおよび方法を提供する。【解決手段】本開示の一実施形態によれば、本システムは、制御器と、制御器と通信可能に結合されるプロセッサとを備えることができる。プロセッサは、所定の燃焼動作境界内にある間、複数の動作状態下でガスタービンを動作させるよう構成することができる。ガスタービンが動作している間、プロセッサは、ガスタービンと関連した動作データを、自動的に収集し、動作データを格納するよう構成することができる。動作データに少なくとも部分的に基づいて、１つまたは複数の所定の燃焼伝達関数のための定数のセットを生成する。定数のセットは、ガスタービン燃焼制御システムに格納され、ガスタービンの自動調整動作中に使用される。【選択図】図１
2015102096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン燃焼制御システムのコミッショニングを自動化する方法であって、
前記方法は、所定の燃焼動作境界内にある間、複数の動作状態下でガスタービン（１４０）を運転するステップと、
前記ガスタービン（１４０）の運転中に前記ガスタービン（１４０）と関連する動作データを自動的に収集するステップと、
前記動作データを格納するステップと、
前記動作データに少なくとも部分的に基づいて、１つまたは複数の所定の燃焼伝達関数のための定数のセットを生成するステップと、
前記ガスタービン燃焼制御システムに定数の前記セットを格納するステップと
を備え、
定数の前記セットは、前記ガスタービン（１４０）の自動調整動作中に使用される、方法。
【請求項２】
前記動作データは、以下の算出されたか、または測定された、機械動作状態、すなわち、入口温度、気流、燃料流、入口圧力、排出圧力、排出温度、コンプレッサ排気圧力、コンプレッサ排気温度、タービン電力、周囲圧力、湿度、フィールドマニホールド圧力、および排気点火を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記燃焼動作境界は、放出、ダイナミクス、希薄吹消、および窒素酸化物放出の１つまたは複数を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
定数の前記セットを生成する前記ステップは、前記動作データに少なくとも部分的に基づいて、最も適合する回帰を実行するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
定数の前記セットを使用して、さまざまな機械変動への燃焼器応答の予測を可能にする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の動作状態は、複数の燃料分割および複数の負荷を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
１つまたは複数の所定の燃焼伝達関数のための定数の前記セットは、前記ガスタービン（１４０）の望ましい応答をもたらす前記動作データに対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記望ましい応答の選択は、燃焼安定性、ダイナミクス、および放出に少なくとも部分的に基づく、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
ガスタービン燃焼制御システムのコミッショニングを自動化するシステムであって、
前記システムは、制御器（５００）と、
前記制御器（５００）に通信可能に結合されたプロセッサ（５５０）と
を備え、
前記プロセッサ（５５０）は、所定の燃焼動作境界内にある間、複数の動作状態下でガスタービン（１４０）を運転し、前記ガスタービン（１４０）の運転中に前記ガスタービン（１４０）と関連する動作データを自動的に収集し、前記動作データを格納し、前記動作データに少なくとも部分的に基づいて、１つまたは複数の所定の燃焼伝達関数のための定数のセットを生成し、前記ガスタービン燃焼制御システムに定数の前記セットを格納するよう構成され、定数の前記セットは、前記ガスタービン（１４０）の自動調整動作中に使用される、システム。
【請求項１０】
前記動作データは、以下の算出されたか、または測定された、機械動作状態、すなわち、入口温度、気流、燃料流、入口圧力、排出圧力、排出温度、コンプレッサ排気圧力、コンプレッサ排気温度、タービン電力、周囲圧力、湿度、フィールドマニホールド圧力、および排気点火を備える、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記燃焼動作境界は、放出、ダイナミクス、希薄吹消、および窒素酸化物放出の１つまたは複数を備える、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
定数の前記セットを生成する前記ステップは、前記動作データに少なくとも部分的に基づいて、最も適合する回帰を実行するステップを備える、請求項９に記載のシステム。
【請求項１３】
定数の前記セットを使用して、さまざまな機械変動への燃焼器応答の予測を可能にする、請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
前記複数の動作状態は、複数の燃料分割および複数の負荷を含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１５】
１つまたは複数の所定の燃焼伝達関数のための定数の前記セットは、前記ガスタービン（１４０）の望ましい応答をもたらす前記動作データに対応する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ガスタービン燃焼制御システムは、１つまたは複数の超低放出燃焼器と関連付けられる、請求項９に記載のシステム。
【請求項１７】
ガスタービン発電システムであって、
前記システムは、ガスタービン（１４０）と、
前記ガスタービン（１４０）と通信し、ガスタービン燃焼制御システムを含む制御器（５００）と、
前記制御器（５００）と通信するプロセッサ（５５０）と
を備え、
前記プロセッサ（５５０）は、所定の燃焼動作境界内にある間、複数の動作状態下で前記ガスタービン（１４０）を運転し、前記ガスタービン（１４０）の運転中に前記ガスタービン（１４０）と関連する動作データを自動的に収集し、前記動作データを格納し、前記動作データに少なくとも部分的に基づいて、１つまたは複数の所定の燃焼伝達関数のための定数のセットを生成し、前記ガスタービン燃焼制御システムに定数の前記セットを格納するよう構成され、定数の前記セットは、前記ガスタービン（１４０）の自動調整動作中に使用される、システム。
【請求項１８】
定数の前記セットを生成する前記ステップは、前記動作データに少なくとも部分的に基づいて、最も適合する回帰を実行するステップを備える、請求項１７に記載のガスタービン発電システム。
【請求項１９】
前記プロセッサ（５５０）は、定数の前記セットに少なくとも部分的に基づいて、前記ガスタービン（１４０）の動作を自動調整するようさらに構成される、請求項１７に記載のガスタービン発電システム。
【請求項２０】
１つまたは複数の所定の燃焼伝達関数のための定数の前記セットは、前記ガスタービン（１４０）の望ましい応答をもたらす前記動作データに対応する、請求項１７に記載のガスタービン発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、ガスタービン電力プラントの燃焼システムの制御器に関し、より詳しくは、ガスタービン燃焼制御システムの自動コミッショニングシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業および発電ガスタービンは、ガスタービンの動作を監視および制御する１つまたは複数の制御システム（制御器）を有することができる。これらの制御器は、特に、ガスタービンの全体的な動作およびガスタービンの燃焼処理を調節することができる。
【０００３】
ガスタービンの動作は、特定のユニットの特性、位置、または消耗品に左右される可能性があるため、コミッショニング試験は、典型的に、ガスタービンのコミッショニングプロシージャの間に実行される。コミッショニング試験は、異なる負荷および燃料分割などのさまざまな動作状態下でガスタービンを動作させること、およびある状態下でのガスタービン性能と関連するデータを収集することを含むことができる。収集したデータを使用して、ガスタービンと関連した調整伝達関数を微調整することができる。
【０００４】
しかしながら、従来、そのようなコミッショニングプロシージャは、手作業で実行される。手作業は、堅実さを欠き、エラーの原因となる可能性がある。さらに、これらの手作業により得られたデータは、不完全であり、解釈が比較的困難である可能性がある。
【発明の概要】
【０００５】
本開示は、ガスタービン燃焼制御システムの自動コミッショニングのシステムおよび方法に関する。本開示の一実施形態によれば、ある方法が提供される。本方法は、所定の燃焼動作境界内にある間、複数の動作状態下でガスタービンを運転することを含むことができる。ガスタービンの運転中、ガスタービンと関連した動作データを、自動的に収集することができる。収集されたデータは、所定の位置に格納することができる。動作データに少なくとも部分的に基づいて、１つまたは複数の所定の燃焼伝達関数のための定数のセットを生成することができる。生成された定数を使用して、燃焼伝達関数を調整することができる。定数のセットは、ガスタービン燃焼制御システムに格納され、ガスタービンのコミッショニングまたは調整中に使用することができる。
【０００６】
本開示の他の実施形態において、あるシステムが提供される。本システムは、制御器と、制御器と通信するプロセッサとを備えることができる。プロセッサは、所定の燃焼動作境界内にある間、複数の動作状態下でガスタービンを動作させるよう構成することができる。ガスタービンが動作している間、プロセッサは、ガスタービンと関連した動作データを、自動的に収集することができる。収集されたデータは、プロセッサによって、ガスタービン燃焼制御システム、１つまたは複数のデータベース、または他の位置に格納することができる。動作データに少なくとも部分的に基づいて、プロセッサは、１つまたは複数の所定の燃焼伝達関数のための定数のセットを生成することができる。生成された定数のセットは、ガスタービンの自動調整動作中に使用することができる。
【０００７】
本開示のさらに他の実施形態において、ガスタービン発電システムが提供される。本システムは、ガスタービンと、ガスタービンと通信する制御器と、制御器と通信するプロセッサとを備えることができる。制御器は、ガスタービン燃焼制御システムを備え、ガスタービンの一部である燃焼器の動作を制御することができる。プロセッサは、所定の燃焼動作境界内にある間、複数の動作状態下でガスタービンを動作させるよう構成することができる。さらに、ガスタービンが動作している間、プロセッサは、ガスタービンと関連した動作データを、自動的に収集するよう構成することができる。収集されたデータは、ガスタービン燃焼制御システム、１つまたは複数のデータベース、および他の位置に格納することができる。さらに、動作データに少なくとも部分的に基づいて、プロセッサは、１つまたは複数の所定の燃焼伝達関数のための定数のセットを生成するよう構成することができる。定数のセットを使用して、伝達関数を調整して、ガスタービンおよび動作状態の特性に対応することができる。さらに、定数のセットは、ガスタービン燃焼制御システムに格納してもよい。格納された定数は、ガスタービンの自動調整動作中に使用することができる。
【０００８】
他の実施形態および態様は、以下の図面と併せて以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の一実施形態による、ガスタービン燃焼制御システムの自動コミッショニングのための例示的環境およびシステムを示すブロック図である。
【図２】本開示の一実施形態による、ガスタービン燃焼制御システムのコミッショニングを自動化するための例示的方法を示すブロック図である。
【図３】本開示の一実施形態による、ガスタービン燃焼制御システムのコミッショニングを自動化するための詳細な方法を示すブロック図である。
【図４】本開示の一実施形態による、ガスタービン燃焼制御システムのコミッショニングを自動化するための方法を用いて生成された定数を使用して調整される、例示的放出伝達関数である。
【図５】本開示の一実施形態による、電力プラントを制御する例示的制御器を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な説明は、詳細な説明の一部を形成する添付図面についての参照を含む。図面は、例示的実施形態による図示を表す。これらの例示的実施形態は、本明細書で「例」として記載され、当業者が本発明の主題を実施することができるよう十分詳細に説明される。例示的実施形態は、組み合わせることができ、他の実施形態を使用することができ、または構造的、論理的、ならびに電気的変更を、特許請求される主題の範囲から逸脱することなく行うことができる。したがって、以下の発明を実施するための形態は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、その範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物によって定義される。
【００１１】
本明細書で説明するある実施形態は、ガスタービン燃焼制御システムの自動コミッショニングのためのシステムおよび方法に関する。
【００１２】
ガスタービンは、燃焼ガスタービンとも呼ばれ、一種の内燃機関である。下流タービンに結合される上流回転コンプレッサと、その間の燃焼チャンバとを備えることができる。燃焼ガスタービンは、他の任意の内燃機関のように、燃料の燃焼による熱エネルギーを、有用な電力に変換し、次いで、機械的エネルギーに変換する機械である。ガスタービンの基本動作は、空気が水の代わりに使用されることを除き、蒸気電力プラントの基本動作と同様である。空気は、コンプレッサを通って流れ、コンプレッサは、その空気に、より高い圧力をもたらす。次いで、エネルギーは、燃料を空気に噴射し、それに添加することによって加えられ、燃焼により、高温流を生成する。高温高圧ガスがタービンに入り、排気圧力まで膨張し、処理において、シャフトワーク出力を生成する。タービン・シャフト・ワークを使用して、コンプレッサおよびシャフトに結合されている可能性のある発電機などの他のデバイスを駆動する。シャフトワークで使用しないエネルギーは、排気ガスとして排出されるため、このような排気ガスは、高温または高速である。ガスタービンの目的は、設計を決定することであり、その結果、最も望ましいエネルギー形態を最大化することができる。
【００１３】
燃焼器は、燃焼を行う、ガスタービンの構成部分または領域である。バーナー、燃焼チャンバ、または保炎器としても知られている。ガスタービンエンジンにおいて、燃焼器、すなわち、燃焼チャンバは、圧縮システムよって、高圧空気を供給されることが可能である。次いで、燃焼器は、一定圧力で、この空気を加熱する。加熱後、空気は、燃焼器から、ノズル案内翼を通って、タービンに至る。燃焼器は、気流レートが比較的高いにもかかわらず、安定した燃焼を収め、維持することができる。そのため、燃焼器は、第１に、空気と燃料とを混合して添加し、次いで、より多くの空気の中で混合して、燃焼処理を完了するよう、慎重に設計する必要がある。燃焼器は、燃料効率、放出のレベル、および過度応答（燃料流および気流速度などの状態変化に対する応答）などの、タービンの動作特性の多くを判断する際に重要な役割を担うことができる。
【００１４】
産業ガスタービンは、それらの動作を監視および制御する１つまたは複数の制御システム（制御器）を備えることができる。これらの制御器は、ガスタービンの燃焼システム、およびタービンの他の動作態様を調節することができる。したがって、制御器は、燃料流燃焼器燃料分割（すなわち、タービンのさまざまな燃料回路間の、総燃料流のガスタービンへの分割）、入口案内翼（ＩＧＶ）の角度、およびガスタービンの安全で効果的な動作を保証する他の制御入力を調整するスケジューリング・アルゴリズムを実行することができる。制御器は、燃料分割をスケジューリングして、燃焼器が所望の燃焼モード（例えば、部分負荷の総燃料流）を維持し、燃焼ダイナミクスに対してなどの、確立された動作境界内でガスタービンを作動することができる。
【００１５】
燃焼ダイナミクスは、燃焼「カン」および「ライナー」内部の燃焼処理を意味し得る。燃料が燃焼した場合、圧力が増加し、燃焼器、燃料ノズル、ライナー、および他の構成部分の設計により、燃焼処理を円滑にすることができ、または圧力振動もしくは脈動を受ける可能性がある。これらの振動または脈動は、最小でない場合、燃焼部品の早期故障および不安定な炎を引き起こす可能性がある。燃料が燃焼タービン内で燃焼している場合、比較的高い気流が存在する可能性があり、これが乱流を引き起こす可能性がある。乱流は、効果的な燃焼のための燃料の良好な混合を実現することが望ましいが、高圧振動／脈動を引き起こす可能性があるため、望ましくない可能性がある。ある圧力振動または脈動は、パイプ内の圧力脈動または振動と同様とすることができ、およびいくつかの点で、破壊をもたらす点にまで「過剰」になる可能性がある。振動および脈動は、減じるか、または避けることが必要な共振または共振周波数を有する可能性がある。いくつかの燃焼システムに対して、特に、燃料／空気比率が低い燃焼システムに対して、安定した燃焼、安定した「炎」、低ダイナミクス（圧力振動／脈動）、（燃焼タービン内を低燃料／空気比率にする目的である）低放出を均衡させることは非常に困難である可能性がある。
【００１６】
燃焼器燃料分割は、公称燃料分割・スケジューリング・アルゴリズムに従って設定することができ、そのような公称燃料分割・スケジューリング・アルゴリズムは、算出された燃焼基準温度（ＴＴＲＦ）によって駆動され得る。ＴＴＲＦの値は、圧縮機排気圧力、タービン排出温度、排気流量、周囲温度、および入口案内翼角度などのさまざまな測定されたパラメータを入力として使用して算出することができる。部分負荷動作中、燃焼器燃料分割は、一酸化炭素（ＣＯ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害な排出物の生成に大きな影響を及ぼす可能性がある。希薄予混合火炎を燃焼することは、ＮＯｘの放出を低く保つことができるが、ガスタービン内の音波不安定性をもたらす可能性がある。やがて、この不安定性（燃焼器ダイナミクス）は、燃焼チャンバ（ノズル、ライナー、連絡管）および／または下流部分（タービンノズルおよびブレード）内の構成部品を損傷する可能性があり、不要な動作不能時間、設備修理コストの増加、および発電収入の低下を引き起こす。したがって、燃料分割を適切にスケジューリングすることは、ＮＯｘならびにＣＯ適合、火炎安定、および適切な燃焼ダイナミクスを維持する助けとなる可能性がある。
【００１７】
ガスタービン内の燃焼を制御および調整することは、燃料多段化および希薄予混合燃焼器システムの実装態様でますます重要になる可能性があり、調整することは、関連する不安定性および他の問題のため、より複雑で重要になっている。しかしながら、ユニットコミッショニングの従来方法は、複雑で、エラーが発生しやすく、精密さや堅実性が欠ける可能性がある。
【００１８】
本明細書で説明するシステムおよび方法のある実施形態を使用すると、ガスタービン燃焼制御システムの自動コミッショニングプロシージャを、従来の手作業によるプロシージャと置き換えるよう実現することができる。コミッショニングの間、ガスタービンは、さまざまな動作状態下で動作する可能性がある。そのような動作状態には、さまざまな燃焼器温度、気流、燃料流などがある。ガスタービンは、そのような試験を実行しながら、所定の燃焼動作境界内に保つことができる。動作境界は、放出、ダイナミクス、希薄吹消などを含んでもよい。さまざまな動作状態で動作するガスタービンと関連した動作データは、自動的に収集され、格納され得る。収集されたデータに基づいて、所定の伝達関数のための定数のセットを生成することができる。定数のセットを使用して、収集されたデータに少なくとも部分的に基づいて、所定の伝達関数を調整することができる。定数は、ガスタービン燃焼制御システムに格納され、さらに、ガスタービンの制御器内にロードされ、何らかの検証の後、電力プラント動作のために使用することができる。
【００１９】
したがって、ガスタービン燃焼制御システムの自動コミッショニングのためのシステムおよび方法についての少なくとも１つの実施形態によれば、自動化された、完全にカスタマイズ可能な解決策を提供して、顧客が決定した運用目標を実現することができ、一方、主要燃焼制御パラメータを断続的に監視および調整して、ＮＯｘならびにＣＯ適合、火炎安定、および許容可能な燃焼ダイナミクスを維持する。ガスタービンオペレータは、第三者入力無しに、ガスタービン動作を制御することによって、多大な利点を得ることができる。特定のガスタービン動作情報は、ガスタービン最適化に影響する可能性があり、現地で収容され、組織内で調整することができる。
【００２０】
本開示のある実施形態の技術的効果には、手作業によるプロシージャから発生するエラーを排除すること、およびコミッショニングプロシージャに対する堅実性ならびに精密さをもたらすことが含まれ得る。本開示のある実施形態のさらなる技術的効果には、コミッショニングと関連したプロシージャの自動化および標準化により、ガスタービンのコミッショニングを最適化することが含まれ得る。コミッショニングを自動化することで、燃焼ダイナミクス制御および放出管理を改善する。さらに、コミッショニングまたは再調整処理中に得られたデータに対して堅実なストレージを提供することは、ガスタービンのコミッショニングおよび動作の継続的な最適化を可能にする。
【００２１】
以下により、ガスタービン燃焼制御システムのコミッショニングを自動化するシステムおよび方法に関連した、さまざまな例示的実施形態の詳細な説明を提供する。
【００２２】
図１を参照すると、ブロック図には、１つまたは複数の例示的実施形態による、ガスタービン燃焼制御システムのコミッショニングを自動化する方法およびシステムを実施するために適切な、例示的なシステム環境１００が示される。特に、システム環境１００には、コンプレッサ１２０、燃焼器１３０、コンプレッサ１２０に結合したタービン１４０を有するガスタービン１１０および制御器５００を備えることができる。ガスタービン１１０は、発電機１５０を駆動することができ、発電機１５０は、電力を生成し、ブレーカを介して電力グリッド１６０に電力を供給する。
【００２３】
いくつかの実施形態において、燃焼器１３０は、希釈剤として空気を使用することができる、希薄予混合燃焼器または超低放出燃焼器を含むことができる。そのようにして、燃焼炎温度を下げることができる。さらに、燃焼器に入れる前に燃料と空気を予混合することで、ＮＯｘ排出が減少する。超低放出燃焼器の一例として、乾式低ＮＯｘ（ＤＬＮ）燃焼器を挙げることができる。
【００２４】
超低放出燃焼器を有するガスタービンエンジン、例えば、ＤＬＮ燃焼システムは、精密な制御を必要とするため、タービンガス放出は、タービン製造者によって確立された制限内にあり、ガスタービンが、ある動作境界（例えば、希薄吹消、燃焼ダイナミクス、および他のパラメータ）内で動作することを確実にすることが必要となる。一般に、超低放出燃焼器のための制御システムは、比較的正確で、調整された放出センサを必要とする。コンプレッサ１２０、燃焼器１３０、およびタービン１４０は、制御器５００に結合することができる。ガスタービン１１０の動作は、制御器５００によって管理することができる。制御器５００は、プログラムを実行し、センサ入力、伝達関数出力、および人間であるオペレータからの命令を用いてガスタービン１１０の動作を制御する、プロセッサを有するコンピュータシステムを備えることができる。制御器５００は、ガスタービン燃焼制御システムを備えることができ、タービンが動作している間に、燃焼を管理するよう構成することができる。
【００２５】
ガスタービン１１０の動作には、制御器５００が、総燃料流、コンプレッサＩＧＶ、入口抽気熱（ＩＢＨ）、および燃焼器燃料分割を設定して、所望のサイクル一致点を達成する（すなわち、動作境界を観測しながら、所望の出力および熱率を生成する）必要があるであろう。総燃料流およびＩＧＶ位置は、所望の結果を達成する際にエフェクタとすることができる。典型的な部分負荷制御モードは、燃料流およびＩＧＶ角度を設定して、負荷（発電機出力）要求を満たすこと、および排出温度プロファイル（温度制御曲線）を観測することを含むことができる。ベースロード動作が達成された場合、ＩＧＶは、典型的に、最大物理限界の角度である。ベースロードでは、燃料流のみが、一般に、放出限界および他のガスタービン動作限界を満たすために必要とされる排出温度プロファイルを観測するよう調整することができる。
【００２６】
ある実施形態において、ガスタービン１１０は、燃料制御器（図示せず）を含むことができる。燃料制御器は、燃料供給部から燃焼器１３０に流れる燃料を制御するよう構成することができる。燃料制御器はまた、燃焼器１３０のための燃料の種類を選択することができる。さらに、燃料制御器はまた、燃焼器１３０のさまざまな燃料回路に流れる燃料の割り当て分を決定する、燃料分割コマンドを生成および実施することができる。一般に、燃料分割コマンドは、各燃料回路に対する燃料分割パーセンテージに対応することができ、燃焼器１３０に届く燃料の総量の何パーセントを、特定の燃料回路を通じて供給するかを定義する。燃料制御器は、別ユニットを備えてもよく、または制御器５００の構成部品であってもよいことを認識すべきである。
【００２７】
さらなる実施形態によれば、ガスタービン１１０の動作は、ガスタービン１１０、発電機１５０、および環境の感知パラメータのさまざまな状態を検出する１つまたは複数のセンサによって監視することができる。例えば、温度センサは、ガスタービン１１０付近の周囲温度、コンプレッサ排気温度、タービン排出ガス温度、およびガスタービン１１０を通過するガス流の他の温度測定値を監視することができる。圧力センサは、ガス流における他の位置でも、周囲圧力、コンプレッサ入口ならびに出口およびタービン排出でのスタティックならびにダイナミック圧力レベルを監視することができる。さらに、湿度センサ（例えば、湿式および乾式バルブ温度計）が、コンプレッサの入口ダクトにおける周囲湿度を測定することができる。センサはまた、流れセンサ、速度センサ、炎検出器センサ、バルブ位置センサ、案内翼角度センサ等を含み、ガスタービン１１０の動作に関係するさまざまなパラメータを感知することができる。本明細書で使用する場合、「動作状態」という用語は、燃料分割、負荷、およびタービン動作に対して適用される他の状態に関し、一方、「動作データ」および同様の用語は、基準状態とガスタービンの応答との間の依存度を表すために使用することができるガスタービン１１０内の規定された位置での温度、圧力、および流れなどの、ガスタービン１１０の影響パラメータを定義するために使用することが可能な項目に関する。ある例示的実施形態において、放出センサは、タービン排出における排出レベルを測定し、制御アルゴリズムによって使用されるフィードバックデータをもたらすために設けることができる。例えば、タービン排出での放出センサは、タービン排出温度要求を判断する際に適用される可能性がある、現在の放出レベルについてのデータをもたらす。
【００２８】
制御器５００は、システム１７０と相互作用し、ガスタービン燃焼制御のコミッショニングを自動化し、特定の動作状態下で実行するコマンドをガスタービン１１０に送信し、センサおよびガスタービンからシステム１７０に、対応する動作データを送信することができる。
【００２９】
図２は、本開示の一実施形態による、ガスタービン燃焼制御システムのコミッショニングを自動化するための例示的方法２００を示す処理フローダイアグラムを示す。方法２００は、ハードウェア（例えば、専用ロジック、プログラマブルロジック、およびマイクロコード）、ソフトウェア（汎用コンピュータシステムまたは専用機械で動作するソフトウェアなど）、または両方の組み合わせを備えることができる処理ロジックによって実行することができる。例示的実施形態の１つにおいて、処理ロジックは、制御器５００に常駐し、ユーザデバイスまたはサーバに常駐することができる。制御器５００によって実行される命令は、１つまたは複数のプロセッサによって、検索および実行される可能性があることが理解されよう。制御器５００はまた、メモリーカード、サーバ、および／またはコンピュータディスクを備えてもよい。制御器５００が本明細書で説明する１つまたは複数のステップを実行するよう構成してもよいが、さまざまな実施形態の範囲内にある限り、他の制御ユニットを使用してもよい。
【００３０】
図２に示すように、方法２００は、所定の燃焼動作境界内にある間、複数の動作状態下でガスタービンを運転する動作２０５で開始することができる。ガスタービンが稼働、再稼働、再調整、または再調節される場合、１つまたは複数の試験プロシージャを、ガスタービンで実行することができる。試験プロシージャの間、タービンは、１つまたは複数のスケジューリング・アルゴリズムに従って、さまざまな燃料分割および負荷を伴い稼働する可能性がある。試験プロシージャが実行される間、ダイナミクス、安定性、および放出などのタービンの制御パラメータは、動作境界内に留めるために連続的に監視および調節することができる。一般に、スケジューリング・アルゴリズムにより、ガスタービンの制御器が、例えば、ある所定の放出限界内にタービン排出におけるＮＯｘおよびＣＯ放出を維持し、所定の温度限界内に燃焼器燃焼温度を維持することを可能にすることができる。したがって、スケジューリング・アルゴリズムが、入力として、さまざまな動作パラメータを使用することができることを認識すべきである。次いで、制御器は、アルゴリズムを適用して、ガスタービンをスケジューリングし、例えば、所望のタービン排出温度および燃焼器燃料分割を設定し、タービンの動作境界に適合しながら、性能目標を満たすことができる。
【００３１】
試験プロシージャを実行するタービンの動作データは、動作２１０で自動的に収集することができる。動作データは、１つまたは複数のセンサでリアルタイムに感知ならびに測定してもよく、または制御器で算出してもよい。動作データには、入口温度、気流、燃料流、入口圧力、排出圧力、排出温度、コンプレッサ排気圧力、コンプレッサ排気温度、タービン電力、周囲圧力、湿度、フィールドマニホールド圧力、および排気点火などを含むことができる。例えば、燃焼器気流および一部の温度は、オンライン空気熱モデルを使用して算出することができる。温度センサは、コンプレッサ排気温度、タービン排出ガス温度、およびガスタービンを通過するガス流の他の温度測定値を監視することができる。圧力センサは、ガス流における他の位置でも、コンプレッサ入口ならびに出口およびタービン排出でのスタティックならびにダイナミック圧力レベルを監視することができる。センサはまた、流れセンサ、速度センサ、炎検出器センサ、バルブ位置センサ、案内翼角度センサ等を備え、ガスタービンの動作に関係するさまざまな状態を感知することができる。
【００３２】
動作２１５では、収集された動作データが、何らかの事前データとともに、データベースおよび／または制御器の１つまたは複数に格納される可能性がある。例えば、データは、スプレッドシートに記録されてもよい。データストレージ位置および格納されるデータは、標準化され得、したがって、後の使用および履歴分析のための、データ検出およびデータ保持を容易にする。
【００３３】
動作２２０では、動作データは、１つまたは複数の所定の燃焼伝達関数形式のための定数のセットを生成するよう処理され得る。伝達関数形式は、動作データを与えられ、伝達関数形式を調整するための定数のセットを取得することができる。例えば、最も適合する回帰分析を、この目的のために使用することができる。最も適合する回帰分析は、予測のために、最も頻繁に用いられる。回帰分析の目標の１つは、独立変数の値に基づいて従属変数の値を予測するために使用することができる数学的モデルを作り出すことである。例示的実施形態の１つにおいて、最も適合する回帰分析は、動作データを使用して実行され、定数のセットを生成することができる。さらに、定数のセットを使用して、比較的近い予測をデータにもたらす伝達関数出力のセットを取得してもよい。
【００３４】
定数のセットは、ガスタービン性能の仕様を反映するために標準伝達関数を調整するのに使用される特定の重みを表すことができる。重みを適用することによって、さまざまな機械変動に対する燃焼器応答の予測を可能にすることができる。動作２２５では、定数のセットは、ガスタービン燃焼制御システムに格納することができる。定数のセットは、ガスタービンをコミッショニングする場合、および機械動作、制御もしくはハードウェアに変更をもたらす場合、使用することができる。
【００３５】
図３は、本開示の一実施形態による、ガスタービン燃焼制御システムのコミッショニングを自動化するための例示的な詳細方法３００を示す処理フローダイアグラムを示す。ガスタービンをコミッショニングする場合、燃焼器制御システムは、動作３０５で、機械制御調整モードに入る可能性がある。調整モードでは、満足な調整がされていないガスタービンパラメータが識別され、動作限界内に留めるために修正され得る。
【００３６】
調整の間、さまざまな動作状態を検討してもよい。燃料分割およびＩＧＶ位置の１つまたは複数の組み合わせを試してもよく、各組み合わせに対するガスタービン応答は、監視および記録することができる。その時点で、動作境界との適合を制御してもよい。一部の動作限界が破られている場合、動作状態を調整することができ、対応するタービンパラメータが境界内に戻る。
【００３７】
動作境界は、放出、燃焼不安定性、希薄吹消境界、燃焼器ダイナミクス、燃料供給圧力、温度、耐用年数、およびボトミングサイクル仕様などを含むことができる。例えば、動作境界は、ある所定の限界内でタービン排出内のＮＯｘおよびＣＯ放出を維持すること、および所定の温度限界内で燃焼器燃焼温度を保つことに関することができる。
【００３８】
さまざまな動作状態と関連した燃焼器応答データは、動作３１０で収集することができる。燃焼器応答データには、入口温度、気流、燃料流、入口圧力、排出圧力、排出温度、コンプレッサ排気圧力、コンプレッサ排気温度、タービン電力、周囲圧力、湿度、フィールドマニホールド圧力、および排気点火などの、リアルタイムに算出され、測定される機械動作データを含むことができる。
【００３９】
１つまたは複数の伝達関数は、タービン制御システム内の制御器のメモリ内に格納することができる。伝達関数を使用して、タービンを、ある限界内で動作させ、通常、最悪の状況を避けることができる。タービンの動作境界のそれぞれに対する、別々の燃焼器伝達関数があってもよい。例えば、放出、ＬＢＯ（希薄吹消）、ダイナミクス、温度、および供給圧力などと関連した燃焼器伝達関数があってもよい。
【００４０】
収集されたデータは、動作３１５で、後に使用するために格納することができる。データは、任意の事前データとともに、制御器に格納してもよい。事前データは、例えば、機械動作モードの１つへの変更、機械についての制御の変更、ハードウェアへの変更、またはハードウェアの改装と関連した、以前の調整プロシージャから取得することができる。結合データは、後の調整プロシージャで使用され、調整をより正確にし、機械応答において起こり得る傾向または変化を判断することができる。
【００４１】
動作３２０では、データセットが完全であるかどうか、および伝達関数に適合する全データを受信したかどうかを判断することができる。データセットが完全ではないと判断された場合、本方法は、データセットが完全になるまで、動作３１０を続けることができる。動作３２５では、データが再呼び出しされ、伝達関数調整を実行することができる。最も適合する回帰分析は、伝達関数出力のセットをもたらす定数のセットを判断するためにデータを使用して実行することができる。定数のセットを適用して、最も近い予測をデータに与えることができる。
【００４２】
動作３３０では、伝達関数の定数は、制御器に格納され、自動調整動作中に使用され、さらにさまざまな機械変数（例えば、負荷経路変更、制御曲線更新、および蒸気温度マッチング予測など）への燃焼器応答の機械予測で使用するために設計技術者が利用することができるようにすることができる。
【００４３】
図４は、本開示の一実施形態による、例示的な伝達関数への調整定数の適用を示す処理ブロック図を示す。定数のセットは、１つまたは複数の伝達関数に適用され、ガスタービンの動作を調整することができる。そのような伝達関数の１つには、放出伝達関数４０４を挙げることができる。放出伝達関数４０４は、センサ４０２およびサロゲート入力からデータを受信することができる。例えば、入力データは、コンプレッサ排気温度、周囲空気の具体的な湿度、および燃料分割率燃焼温度などを含むことができる。伝達関数４０４は、放出と、ガスタービンのサイクルマッチ点との間の関係をモデル化することができる。放出伝達関数に対するセンサデータおよびサロゲートデータを生成するために使用されるセンサ４０２は、通常、ガスタービンとともに使用されて、典型的には三重冗長である、従来のセンサでよく、例えば、温度圧力および特定湿度センサでよい。
【００４４】
定数Ｋは、調整プロシージャの結果として生成することができ、放出伝達関数４０４は、定数Ｋを使用して調整することができる。放出伝達関数４０４によって使用される定数Ｋのため、関数出力は、調整済み放出値４０６である。
【００４５】
図５は、本開示の一実施形態による、ガスタービン燃焼制御システムのコミッショニングを自動化するための例示的制御器５００を示すブロック図である。より具体的には、制御器５００の要素を使用して、所定の燃焼動作境界内にある間、複数の動作状態下でガスタービンを運転し、ガスタービンの運転中にガスタービンと関連する動作データを自動的に収集し、動作データを格納し、動作データに基づいて、１つまたは複数の所定の燃焼伝達関数のための定数のセットを生成し、ガスタービン燃焼制御システムに定数のセットを格納して、ガスタービンのコミッショニングの間に使用することができる。制御器５００は、プログラムドロジック５２０（例えば、ソフトウェア）を格納するメモリ５１０を備えることができ、ガスタービンと関連する動作データおよび定数のセットなどのデータ５３０を格納することができる。メモリ５１０はまた、オペレーティングシステム５４０を備えることができる。
【００４６】
プロセッサ５５０は、オペレーティングシステム５４０を使用して、プログラムドロジック５２０を実行することができ、その間、データ５３０を使用することもできる。データバス５６０は、メモリ５１０とプロセッサ５５０との間で通信をもたらすことができる。利用者は、少なくとも１つのユーザ・インターフェース・デバイス５７０を介して、制御器５００とインターフェースすることができる。そのようなユーザ・インターフェース・デバイス５７０には、キーボード、マウス、コントロールパネル、または制御器５００とデータをやりとりすることを可能にする他の任意のデバイスがある。制御器５００は、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース５８０を介して、動作中に、ガスタービン燃焼制御システムとオンラインで通信してもよく、動作停止中に、ガスタービン燃焼制御システムとオフラインで通信してもよい。さらに、他の外部デバイスまたは複数の他のガスタービンもしくは燃焼器が、Ｉ／Ｏインターフェース５８０を介して、制御器５００と通信することができることを認識すべきである。図示した実施形態において、制御器５００は、ガスタービンに対して遠隔地に設置することができるが、ガスタービンと同じ場所に設置するか、または一体化してもよい。さらに、制御器５００および実現されたプログラムドロジック５２０は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。複数の制御器５００を使用してもよく、本明細書で説明する異なる特徴を、１つまたは複数の異なる制御器５００で実行してもよいことを理解すべきである。
【００４７】
したがって、本明細書で説明するある実施形態は、ガスタービンをコミッショニングする方法の複雑さと、エラーの影響の受けやすさとを軽減することができる。コミッショニングは、燃焼伝達関数を使用することによって調整処理を自動化することにより容易にすることができ、ガスタービン動作状態をリアルタイムで算出および測定して、ガスタービンデータを取得、格納および使用し、燃焼制御システムを自動的にコミッショニングすることができる。開示する方法およびシステムは、従来の自動調整コミッショニング処理におけるエラーを標準化し、減らすことができる。さらに、開示する方法は、データを格納するためのより標準的な方法を提供し、コミッショニングもしくは再調整処理において取得したデータの堅実なストレージならびに遠隔コミッショニングのためのより信頼性の高い方法を提供する。
【００４８】
例示的実施形態による、システム、方法、装置、およびコンピュータプログラム製品のブロック図を参照する。ブロック図のブロックの少なくともいくつか、およびブロック図のブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令によって、少なくとも部分的に実現することができることが理解されるだろう。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、特定用途コンピュータ、特定用途ハードウェアベースコンピュータ、または他のプログラム可能データ処理装置にロードされ、機械を生成することができ、コンピュータおよび他のプログラム可能データ処理装置で実行する命令は、ブロック図のブロックの少なくともいくつか、または説明したブロック図におけるブロックの組み合わせの機能を実施するための手段を作り出す。
【００４９】
これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータおよび他のプログラム可能データ処理装置に特定の方法で機能するよう指示することができるコンピュータ読込み可能メモリに格納されてもよく、コンピュータ読込み可能メモリに格納された命令は、１つまたは複数のブロックで指定された機能を実施する命令手段を含む工業製品を生成する。コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータまたは他のプログラム可能データ処理装置にロードされ、コンピュータまたは他のプログラム可能装置で実行される一連の動作ステップに、コンピュータ実施処理を生成させることができ、コンピュータまたは他のプログラム可能装置で実行する命令は、１つまたは複数のブロックで指定された機能を実施するためのステップをもたらす。
【００５０】
本明細書で説明するシステムの１つまたは複数の構成部品および本方法の１つまたは複数の要素は、コンピュータのオペレーティングシステムで動作するアプリケーションプログラムにより実現してもよい。それらはまた、他のコンピュータシステム構成で実施してもよく、そのような他のコンピュータシステム構成には、ハンドヘルドデバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースもしくはプログラム可能民生用電子機器、ミニコンピュータ、およびメインフレームコンピュータなどがある。
【００５１】
本明細書で説明するシステムおよび方法の構成要素であるアプリケーションプログラムは、ルーチン、プログラム、コンポーネント、およびデータ構造などを含むことができ、何らかの抽象データ型を実施し、何らかのタスクまたはアクションを実行する。分散コンピューティング環境では、アプリケーションプログラム（全体または一部）は、ローカルメモリ内か、または他のストレージ内に格納してもよい。さらに、またはあるいは、アプリケーションプログラム（全体または一部）は、遠隔メモリ内か、またはストレージ内に格納され、通信ネットワークを介してリンクされた遠隔処理デバイスによってタスクが実行される環境を可能にしてもよい。
【００５２】
これらの説明に関して本明細書に記載した例示的説明についての多くの変形および他の実施形態は、上記および関連図面に提示した教示の利点を有することが理解されよう。したがって、本開示は、多くの形式で実施することができ、上記の例示的実施形態に限定されるべきではないことが理解されよう。したがって、本開示は、開示する特定の実施形態に限定されるべきではなく、変形および他の実施形態が、添付の特許請求の範囲に含まれることを意図することが理解されよう。本明細書では特定の用語を使用したが、それらは、一般的で、説明的な意味のみで使用し、限定するためのものではない。
【符号の説明】
【００５３】
１００  例示的なシステム環境
１１０  ガスタービン
１２０  コンプレッサ
１３０  燃焼器
１４０  タービン
１５０  発電機
１６０  電気グリッド
１７０  システム
２００  例示的方法
２０５  動作
２１０  動作
２１５  動作
２２０  動作
２２５  動作
３００  例示的詳細方法
３０５  動作
３１０  動作
３１５  動作
３２０  動作
３２５  動作
３３０  動作
４０２  センサ
４０４  伝達関数
４０６  調整済み放出値
５００  制御器
５１０  メモリ
５２０  プログラムドロジック
５３０  データ
５４０  オペレーティングシステム
５５０  プロセッサ
５６０  データバス
５７０  インターフェースデバイス
５８０  入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース
【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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