(57)【要約】      （修正有）【課題】目標性能を得るための制御システムにおけるコマンドコントローラを提供する。【解決手段】サイトシステム１１０を性能調整するためのシステム１０を提供する。サイトシステム１１０を性能調整するためのシステム１０は、それぞれがパラメータのセットの値を変更することによってサイトシステム１１０のサブシステムを制御する１つまたは複数のコントローラ１２０を含む。このシステム１２０はまた、サイトシステムの目標性能を示すように構成されたサイト参照モデルと、サイトシステム１１０の目標性能に基づいて１つまたは複数のコントローラに命令するように構成されたプロセッサとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイトシステムを性能調整するためのシステムであって、
そのそれぞれがそれぞれのパラメータのセットの値を変更することによって、前記サイトシステムの１つまたは複数のサブシステムのそれぞれのサブシステムを制御するように構成された、１つまたは複数のコントローラと、
前記サイトシステムの目標性能を示すように構成されたサイト参照モデルと、
前記サイトシステムの前記目標性能に基づいて前記１つまたは複数のコントローラを命令するように構成されたプロセッサと
を含む、システム。
【請求項２】
前記サイトシステムの実際の出力を示すように構成されたサイト固有モデルをさらに含み、前記プロセッサが前記サイト参照モデルと前記サイト固有モデルとの差を決定して前記サイトシステムの性能ギャップを決定する、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記サイトシステムの前記１つまたは複数のサブシステムのそれぞれの前記パラメータのセットの各パラメータと関連する優先度および許容度を格納するように構成されたメモリデバイスであって、パラメータの前記優先度が前記パラメータを変更する順序を示し、前記パラメータの前記許容度が前記パラメータの変更量を示す、メモリデバイスをさらに含み、
前記プロセッサが、前記１つまたは複数のサブシステムのそれぞれの目標サブシステム性能を決定し、前記１つまたは複数のサブシステムのパラメータの前記優先度および前記許容度の分析に従って、前記性能ギャップおよび前記目標サブシステム性能に基づいて前記１つまたは複数のコントローラに前記それぞれの１つまたは複数のサブシステムを制御するように命令する、
請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記サイトシステムが複合サイクル動力装置であって、前記１つまたは複数のサブシステムがガスタービン、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）、および蒸気タービンの１つまたは複数を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記サイトシステムがターボ機械である、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記パラメータが、ガスタービン燃焼システムの燃焼温度、入口案内翼の角度、可変静翼の角度、入口ブリード熱流、および圧縮機抽気流の１つまたは複数を含む、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
サイトシステムを性能調整する方法であって、
前記サイトシステムの目標性能を決定するステップと、
前記サイトシステムの前記目標性能と実質性能とのギャップを決定するステップと、
１つまたは複数のコントローラに命令するステップであって、前記１つまたは複数のコントローラのそれぞれが前記サイトシステムの１つまたは複数のサブシステムのそれぞれのサブシステムを制御し、各命令がコントローラに前記サブシステムの１つまたは複数のパラメータを変更することによって対応するサブシステムの目標サブシステム性能を得るように命令するステップと
を含む、方法。
【請求項８】
前記ギャップを決定するステップが、前記サイトシステムの前記目標性能を提供するサイト参照モデルおよび前記サイトシステムの実際の性能を示すサイト固有モデルを分析するステップを含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記サイトシステムの前記１つまたは複数のサブシステムのパラメータの優先度および許容度を分析するステップをさらに含み、前記１つまたは複数のコントローラを前記命令するステップが、前記分析するステップに基づいて前記対応するサブシステムの前記目標サブシステム性能を示すステップを含む、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
前記サイトシステムが複合サイクル動力装置である、請求項７記載の方法。
【請求項１１】
前記１つまたは複数のコントローラを前記命令するステップが、ガスタービン、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）、および蒸気タービンの１つまたは複数のコントローラを命令するステップを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記サイトシステムがターボ機械である、請求項９記載の方法。
【請求項１３】
パラメータの前記優先度および前記許容度を前記分析するステップが、ガスタービン燃焼システムの燃焼温度、入口案内翼の角度、可変静翼の角度、入口ブリード熱流、および圧縮機抽気流の１つまたは複数の前記優先度および前記許容度を分析するステップを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
複合サイクル動力装置を性能調整するためのシステムであって、
そのそれぞれがそれぞれのパラメータのセットの値を変更することによって前記複合サイクル動力装置の１つまたは複数のサブシステムのそれぞれのサブシステムを制御するように構成された、１つまたは複数のコントローラと、
前記複合サイクル動力装置の目標性能を示すように構成されたサイト参照モデルと、
前記サイト参照モデルに基づいて前記複合サイクル動力装置の性能ギャップを決定し、前記１つまたは複数のサブシステムの前記それぞれのパラメータのセットの中の各パラメータの優先度および許容度に基づいて前記１つまたは複数のサブシステムのそれぞれの目標サブシステム性能を決定し、前記目標サブシステム性能に基づいて前記１つまたは複数のコントローラに命令するように構成されたプロセッサと
を含むシステム。
【請求項１５】
前記複合サイクル動力装置の実際の性能を示すように構成されたサイト固有モデルをさらに含む、請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
前記プロセッサが、前記サイト参照モデルと前記サイト固有モデルとの差を決定することによって前記性能ギャップを決定するように構成された、請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
前記１つまたは複数のサブシステムのそれぞれの前記それぞれのパラメータのセットの各パラメータと関連する前記優先度および前記許容度を格納するように構成されたメモリデバイスをさらに含む、請求項１４記載のシステム。
【請求項１８】
前記プロセッサが、前記メモリデバイスにアクセスし、前記１つまたは複数のサブシステムのそれぞれの前記目標サブシステム性能を決定し、前記１つまたは複数のコントローラに前記複合サイクル動力装置の前記目標性能に近づくコストを最小限にするよう命令する、請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
前記コストが、前記パラメータのセットのそれぞれの前記優先度および前記許容度の関数である、請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
前記１つまたは複数のサブシステムが、ガスタービン、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）、および蒸気タービンを含む、請求項１４記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する対象物は、目標性能を得るための制御システムにおけるコマンドコントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばガスタービンと、ガスタービンによって生成された熱によって動かされる蒸気タービンとを含む、複合サイクル動力装置では、各サブシステム（ガスタービン、蒸気タービンなど）が、そのサブシステムの所与の目標性能を達成するようにパラメータを調整するためのコントローラを含んでいる。例えばシステムが見積性能レベルに達しているかどうかを判断するためなど、システム全体の性能を考えるとき、どのサブシステムを調整すべきであるか、またこうしたサブシステムのそれぞれがどのような目標性能を達成すべきかを判断するには、人の介入が必要であった。人の介入なしでシステム全体の目標性能を達成するために各サブシステムの目標を決定するコマンドコントローラが、当技術分野で高く評価されるであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】欧州特許第０６７６５８７号公報
【発明の概要】
【０００４】
本発明の１つの態様によれば、制御システムが、１つまたは複数のコントローラを含み、この１つまたは複数のコントローラのそれぞれが、それぞれのパラメータのセットの値を変更することによってサイトシステムの１つまたは複数のサブシステムのそれぞれのサブシステムを制御するように構成され、サイト参照モデルが、サイトシステムの目標性能を示すように構成され、プロセッサが、サイトシステムの目標性能に基づいて１つまたは複数のコントローラに命令するように構成される。
【０００５】
本発明の別の態様によれば、サイトシステムを性能調整する方法が、サイトシステムの目標性能を決定することと、サイトシステムの目標性能と実質性能とのギャップを決定することと、そのそれぞれがサイトシステムの１つまたは複数のサブシステムのそれぞれのサブシステムを制御している１つまたは複数のコントローラに命令することとを含み、各命令は、サブシステムの１つまたは複数のパラメータを変更することによって対応するサブシステムの目標サブシステム性能を得るようにコントローラに命令する。
【０００６】
本発明のさらに別の態様によれば、複合サイクル動力装置を性能調整するシステムが、そのそれぞれがそれぞれのパラメータのセットの値を変更することによって複合サイクル動力装置の１つまたは複数のサブシステムのそれぞれのサブシステムを制御するように構成された１つまたは複数のコントローラと、複合サイクル動力装置の目標性能を示すように構成されたサイト参照モデルと、このサイト参照モデルに基づいて複合サイクル動力装置の性能ギャップを決定し、１つまたは複数のサブシステムのそれぞれのパラメータのセット中の各パラメータの優先度および許容度に基づいて１つまたは複数のサブシステムのそれぞれの目標サブシステム性能を決定し、その目標サブシステム性能に基づいて１つまたは複数のコントローラを命令するように構成されたプロセッサとを含んでいる。
【０００７】
これらのおよびその他の利点および特徴は、図面と併せて行う次の説明からより明らかになるであろう。
【０００８】
本発明とみなされる対象物は、本明細書の終わりの特許請求の範囲で詳細に指摘し、明確に請求する。本発明の前述および他の特徴および利点は、添付の図面と併せて行う次の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例による制御システムのブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態によりパラメータを変更することと関連する例示的コストを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態によりパラメータを変更することと関連する例示的コストを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態によりパラメータを変更することと関連する例示的コストを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態によりパラメータを変更することと関連する例示的コストを示す図である。
【図６】本発明の一実施形態により複合サイクルシステムを性能調整するためのコントローラを制御することに含まれる処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
詳細な説明は、一例として図面を参照して、利点および特徴とともに、本発明の諸実施形態を説明する。
【００１１】
本発明の諸実施形態について、具体的に複合サイクル動力装置を参照して説明する。しかしながら、様々な実施形態は、例示のシステムに限定されず、目標性能を達成するために制御することができる１つまたは複数のサブシステムを有するいかなるシステムにも適用できることを理解すべきである。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態による制御システム１０のブロック図である。制御システム１０は、複合サイクルシステム１１０を制御するためのコマンドコントローラ１００を含む。コマンドコントローラ１００は、複合サイクルシステム１１０と一時的にまたは恒久的に同一場所に設置することができる、あるいはリモートで動作することができる。コマンドコントローラ１００は、サイト参照モデル１０５を含む、または、代替的実施形態ではサイト参照モデル１０５と通信しており、複合サイクルシステム１１０は、サイト固有モデル１１５を含む。サイト参照モデル１０５は、実際の複合サイクルシステム１１０の動作に近似する。例えばサイト参照モデル１０５を使用して、複合サイクルシステム１１０の見積性能値を決定した後に、これをオンサイトに導入することができる。サイト固有モデル１１５は、複合サイクルシステム１１０の実際の動作を反映するように維持される。したがって、サイト参照モデル１０５は、その設計に従った複合サイクルシステム１１０の理想的な性能を示しているとみなすことができ、一方サイト固有モデル１１５は、複合サイクルシステム１１０の実際の性能を示しているとみなすことができる。理想的には、２つのモデル１０５、１１５は、複合サイクルシステム１１０に対して同じ性能出力を示す。しかしながら、実際の複合サイクルシステム１１０における機械的公差のために、サイト固有モデル１１５によって示される性能は、サイト参照モデル１０５によって示される性能とは異なる（低下する）可能性がある。サイト参照モデル１０５の設計から実際の複合サイクルシステム１１０がある程度逸脱していると、相当な労力（例えば、ローターの取り替え）なしでは修正できないので、代わりにこのような差は、実際の複合サイクルシステム１１０を用いて見積性能出力を達成するために、複合サイクルシステム１１０の様々なパラメータ１３０を制御することによって緩和されなければならない。
【００１３】
複合サイクルシステム１１０は、複数のコントローラ１２０によって制御される様々なパラメータ１３０を含む。複合サイクルシステム１１０内の制御は、ある特定のサブシステムと関連するパラメータ１３０をそれぞれ制御するコントローラ１２０のセットで構成される。例えば、コントローラ１２０ａによって制御されるパラメータ１３０ａから１３０ｊは、複合サイクルシステム１１０の蒸気タービンシステムと関連するパラメータ１３０であることが可能である。別の例として、コントローラ１２０ｂによって制御されるパラメータ１３０ｍから１３０ｓは、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）のサブシステムと関連するパラメータ１３０であることが可能である。例えば、ガスタービンサブシステムと関連するパラメータ１３０の一部は、ガスタービン燃焼システムの燃焼温度、入口案内翼の角度、可変静翼の角度、入口ブリード熱流、および圧縮機抽気流を含む。コマンドコントローラ１００およびサイト固有モデル１１５から恩恵を受けなかった以前のシステムでは、サイト参照モデル１０５は利用可能であった可能性があり、複合サイクルシステム１１０の見積性能値を提供した可能性がある。こうした従来のシステムでは、複合サイクルシステム１１０のパラメータ１３０を適切に制御して見積性能値を達成するために、人の介入が必要とされた。人の介入は、サイト参照モデル１０５と実際の複合サイクルシステム１１０との差の分析を含むことができる。複合サイクルシステム１１０の性能を見積性能値（サイト参照モデル１０５の性能）に近づけるまたはこれと等しくするために、分析に基づいてコントローラ１２０の目標を人が設定する。
【００１４】
上記のように、複合サイクルシステム１１０は、コマンドコントローラ１００から恩恵を受ける複数のサブシステムの複数のコントローラ１２０を備えた例示的システムである。しかしながら、例えば単一コントローラ１２０を備えたターボ機械など、いかなるシステムもまた、本発明の一実施形態によるコマンドコントローラ１００から恩恵を受ける。単一コントローラ１２０のシステムの場合、コマンドコントローラ１００は、コントローラ１２０と同じプロセッサ上で実行されることが可能である。コマンドコントローラ１００は、サイト参照モデル１０５とサイト固有モデル１１５によって示される性能間のギャップを決定し、タービン機械または別の単一コントローラ１２０のシステムの場合、人の介入を必要とすることなく、ギャップを埋めるように単一コントローラ１２０の目標性能を設定する。
【００１５】
コマンドコントローラ１００はまた、サイト参照モデル１０５およびサイト固有モデル１１５を分析して、見積性能値を達成しない実際の複合サイクルシステム１１０をもたらす差をより容易に確認することができる。差（実際と見積もりとの性能のギャップ）がコマンドコントローラ１００によって分析されて、理解されると、コマンドコントローラ１００は、ギャップを埋めるためにコントローラ１２０のそれぞれに必要とされる必要な制御を決定する。１つの実施形態では、コマンドコントローラ１００は、ルールに基づく多次元最適化ルーチンを行って、各パラメータ１３０と関連する優先度（所与のパラメータ１３０をどのような順序で変更すべきか）および許容度（所与のパラメータ１３０をどの程度変更することができるか）に基づいて各コントローラ１２０の目標を決定する。すなわち、あるアルゴリズムにより、最低コストの経路がサイト参照モデル１０５の出力をサイト固有モデル１１５の出力に一致させるように解決する。あるいは、コマンドコントローラ１００は、時間とともにコストを学習するように操作されたニューラルネットワークであることが可能である。
【００１６】
図２〜５は、本発明の一実施形態によるパラメータ１３０の変更と関連する例示的コストを示している。パラメータ１３０の値の範囲をｘ（水平）軸上に示し、その範囲のパラメータ１３０の値と関連するコストをｙ（垂直）軸上に示す。コマンドコントローラ１００は、ほとんどコストをかけずに、または理想的には全くコストをかけずに、複合サイクルシステム１１０の変更に影響を及ぼすように、パラメータ１３０の優先度と関連してコストを分析する。図２〜５に示すように、各パラメータ１３０は、そのパラメータ１３０の変更と関連するコストを示す放物線で表される。例えば所与のパラメータ１３０は、そのパラメータ１３０を制御することが実質的に複合サイクルシステム１１０の性能に影響を与えるので、高優先度を有する場合があるが、高コストを招くまでのパラメータ１３０の許容度（変化量）は低い場合がある。この状況を、図２に示している。図３に示す別の例では、パラメータ１３０が高い許容度を有する場合があり、したがってコストが著しく変わることなく広範囲にわたってパラメータ１３０を変更することができる。このようなパラメータ１３０がまた、高優先度を有する（複合サイクルシステム１１０の性能全体に著しい影響を有する）場合、このパラメータ１３０はコマンドコントローラ１００による制御の有力候補である。図４は、ほとんどコストをかけずにパラメータ１３０の値を下げることができるが、パラメータの値を増加させる場合、高コストに至る状況を示している。図５は、パラメータ１３０を低コストで変更することができる限界がパラメータ１３０にある状況を示している。最終的にはコマンドコントローラ１００は、複数のパラメータ１３０の優先度と許容度を比較検討しなければならない。１つまたは複数のパラメータ１３０に作用して所与のサブシステムの目標性能セットを達成するコントローラ１２０と違い、コマンドコントローラ１００は所与のパラメータ１３０そのものに作用せず、様々なコントローラ１２０によって制御される様々なパラメータ１３０の優先度および許容度（コスト）の分析に基づいて、個々のコントローラ１２０の目標を設定する
コマンドコントローラ１００およびコントローラ１２０のそれぞれは、１つまたは複数のメモリデバイスと、１つまたは複数のプロセッサとで構成することができる。サイト参照モデル１０５は、図１によりコマンドコントローラ１００の一部として示しているが、代替的実施形態では、サイト参照モデル１０５は、１つまたは複数のメモリデバイスとともに別個のプロセッサまたはプロセッサのセットによって実行されることが可能である。コマンドコントローラ１００は、周期的な（例えば、季節的な）調整のために、オンサイトの複合サイクルシステム１１０に提供される、もしくはリモートで複合サイクルシステム１１０に組み込まれることが可能であり、または永続的に複合サイクルシステム１１０と同じ場所に配置されて、劣化を相殺するように絶えず性能を調整することが可能である。
【００１７】
図６は、本発明の一実施形態に従って複合サイクルシステム１１０の性能調整を行うためにコントローラ１２０を制御することに含まれる処理を示している。ブロック６１０では、複合サイクルシステム１１０の目標性能を決定することが、サイト参照モデル１０５を含む。目標性能は、複合サイクルシステム１１０の運転を開始する前に提供された複合サイクルシステム１１０の見積性能であることが可能である。ブロック６２０では、複合サイクルシステム１１０の目標性能と実質性能とのギャップを決定することは、サイト固有モデル１１５を用いることと、サイト参照モデル１０５とサイト固有モデル１１５との差を分析することとを含むことができる。６３０では、コントローラ１２０によって制御されるサブシステムのパラメータ１３０の優先度および許容度を分析することは、各パラメータ１３０に関する格納された情報にアクセスすることを含む。情報は、例示の図２〜５によって示すように表すことができる。コマンドコントローラ１００がパラメータ１３０を分析して、複合サイクルシステム１１０の実質性能と目標性能とのギャップを埋めるための最も効率的な方法を決定すると、それぞれのサブシステムのコントローラ１２０に命令することは、コマンドコントローラ１００がコントローラ１２０に、各サブシステムの指定された目標性能を達成するために優先度および許容度の分析に従ってパラメータ１３０の値を変更するように命令することを含む。
【００１８】
限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明したが、本発明はこのような開示した実施形態に限定されないことは容易に理解されるであろう。正しくは、本発明は、前述していないが、本発明の趣旨および範囲に対応する任意の数の変形形態、変更形態、代替形態、または等価な仕組みを組み込むように変更することができる。また、本発明の様々な実施形態について説明したが、本発明の諸態様は、説明した諸実施形態の一部しか含むことができないと理解されたい。したがって、本発明は前述の説明によって限定されるとみなされるべきではなく、単に添付の特許請求の範囲によって限定される。
【符号の説明】
【００１９】
１０  制御システム
１００  コマンドコントローラ
１０５  サイト参照モデル
１１０  複合サイクルシステム
１１５  サイト固有モデル
１２０  コントローラ
１３０  パラメータ
【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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【外国語明細書】
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