(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービン用のチューニングおよび制御システムを提供する。【解決手段】各ＧＴ１０に関する測定された周囲条件に基づいて、ＧＴセットにおける各ＧＴ１０に対してベース負荷レベルに指令することと、ＧＴ１０セットにおける各ＧＴ１０に対して、それぞれの動力出力を調整してそれぞれの動力出力値と公称動力出力値との差分の比率に等しいスケーリングされた動力出力値に一致させ、その後、各ＧＴに関する実際の排出量値を測定するように指令することと、それぞれの測定された実際の排出量値と周囲条件での公称排出量値との差分と、排出量スケール係数とに基づいて、ＧＴ１０セットにおける各ＧＴ１０の動作条件を調整することとを含む処理を実施することによりガスタービン（ＧＴ）セットをチューニングするように構成された少なくとも１つのコンピュータデバイス８１４を有するシステムを含む。【選択図】図８
2017122436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各ＧＴ（１０）に関する測定された周囲条件に基づいて、ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）に対してベース負荷レベルに指令することと、
前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）に対して、それぞれの動力出力を調整して前記それぞれの動力出力値と公称動力出力値との差分の比率に等しいスケーリングされた動力出力値に一致させ、その後、各ＧＴ（１０）に関する実際の排出量値を測定するように指令することと、
前記それぞれの測定された実際の排出量値と前記周囲条件での公称排出量値との差分と、排出量スケール係数とに基づいて、前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）の動作条件を調整することと
を含む処理を実施することにより前記ガスタービン（ＧＴ）（１０）セットをチューニングするように構成された少なくとも１つのコンピュータデバイス（８１４）
を備える、システム。
【請求項２】
前記ベース負荷レベルが、前記測定された周囲条件における動力出力値および排出量値に関連付けられ、かつ前記スケーリングされた動力出力値が、動力スケール係数を使用して導出される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）に対して前記ベース負荷レベルに指令することに応答して、各ＧＴ（１０）が、前記公称動力出力値または前記公称排出量値の少なくとも一方を取得しない、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つのコンピュータデバイス（８１４）が更に、各ＧＴ（１０）に関する前記それぞれの測定された実際の排出量値と前記公称排出量値との差分を、各ＧＴ（１０）に関するそれぞれの動力出力値と前記周囲条件値での前記公称動力出力値との差分に変換するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
各ＧＴ（１０）の前記動作条件の前記調整は、各ＧＴ（１０）の前記動力出力がそれぞれの公称動力出力値に接近しそして到達するように、前記それぞれの動力出力値と前記公称動力出力値との前記差分の一定の比率で前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）の前記動作条件を調整することを含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記それぞれの動力出力値と前記公称動力出力値との前記差分の前記一定の比率での前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）の前記動作条件の前記調整が、各ＧＴ（１０）に関する公称動力出力／公称排出量特性に直交する動力出力対排出量をプロットするグラフ空間内の線上に各ＧＴ（１０）を整列させる、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）に対する、それぞれの動力出力を調整して前記それぞれの動力出力値と前記公称動力出力値との前記差分の前記比率に等しい前記スケーリングされた動力出力値に一致させる前記指令が、各ＧＴ（１０）に関する実際の排出量値を前記公称排出量値に一致させずに前記公称排出量値に近づける、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
少なくとも１つのコンピュータデバイス（８１４）を使用して実施される、ガスタービン（ＧＴ）（１０）セットをチューニングする、コンピュータで実行される方法であって、
各ＧＴ（１０）に関する測定された周囲条件に基づいて、前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）に対してベース負荷レベルに指令することと、
前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）に対して、それぞれの動力出力を調整して前記それぞれの動力出力値と公称動力出力値との差分の比率に等しいスケーリングされた動力出力値に一致させ、その後、各ＧＴ（１０）に関する実際の排出量値を測定するように指令することと、
前記それぞれの測定された実際の排出量値と前記周囲条件での公称排出量値との差分に基づいて前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）の動作条件を調整することと
を含む、方法。
【請求項９】
前記ベース負荷レベルが、前記測定された周囲条件での動力出力値および排出量値に関連付けられ、かつ前記スケーリングされた動力出力値が、動力スケール係数を使用して導出される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）に対して前記ベース負荷レベルに指令することに応答して、各ＧＴ（１０）が、前記公称動力出力値または前記公称排出量値の少なくとも一方を取得しない、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する主題は、チューニングおよび制御システムに関する。より詳細には、本明細書に開示する主題は、ガスタービン用のチューニングおよび制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくともいくつかの既知のガスタービンエンジンは、その動作を監視および制御する制御装置を含む。既知の制御装置は、ガスタービンエンジンの燃焼システム、およびエンジンの動作パラメータを使用するガスタービンエンジンの他の動作態様を管理する。少なくともいくつかの既知の制御装置は、ガスタービンエンジンの現在の動作状態を表す動作パラメータを受け取り、物理学ベースのモデルまたは伝達関数によって動作境界を規定し、かつ動作境界モデルに動作パラメータを適用する。追加的に、少なくともいくつかの既知の制御装置はまた、スケジューリングアルゴリズムに動作パラメータを適用し、誤差項を決定し、かつ１つまたは複数のガスタービンエンジン制御エフェクタを調整することにより境界を制御する。しかしながら、少なくともいくつかの動作パラメータは、センサを使用した測定の実行が困難であり得るパラメータなどの、非測定パラメータであってもよい。このようなパラメータのいくつかには、着火温度（すなわち、第１段タービンベーン出口温度）、燃焼器出口温度、および／またはタービン第１段ノズル入口温度が含まれる。
【０００３】
少なくともいくつかの既知のガスタービンエンジン制御システムは、圧縮機の入口圧力および入口温度、圧縮機の出口圧力および出口温度、タービンの排気圧力および排気温度、燃料の流量および温度、周囲条件、および／もしくは発電機出力などの測定パラメータを利用して非測定動作パラメータを間接的に制御または監視する。しかしながら、間接的パラメータの値には不確実性があり、燃焼ダイナミックスおよび排出量を低減するために、関連のガスタービンエンジンをチューニングする必要がある場合がある。非測定パラメータの不確実性のため、このような既知の制御システムを含むガスタービンエンジンには設計マージンが使用される。このような設計マージンを使用することにより、最悪の場合の動作境界を防ぎ、これに対処しようとして多くの動作条件でガスタービンエンジンの性能が低下する場合がある。その上、このような既知の制御システムの多くは、ガスタービンエンジンの着火温度または排気温度を正確に推定できず、その結果、エンジンの効率が低下し、２つ以上のガスタービンエンジンを備えた施設において機械毎の変動が生じる場合がある。
【０００４】
産業用ガスタービンについては、機械毎の着火温度の変動の低減が困難であることが実証されている。例えば、着火温度は、ガスタービンおよびそれらの組立体の構成要素内での変動を含む、多くの異なる変数の関数である。これらの変動は、ガスタービン部品の製造、設置、および組み立てにおいて必須となる許容差に起因している。加えて、ガスタービンの動作パラメータを測定するために使用される制御器およびセンサは、それらの測定値に一定量の不確実性を含んでいる。それは、着火温度などの、ガスタービンエンジンの非測定動作パラメータの変動を必然的にもたらす測定される動作パラメータ値および機械構成要素の変動値を検知するために使用される測定システムの不確実性である。これらの本来的な不正確さが組み合わさって、周囲条件の既知のセットでのガスタービンエンジンの設計着火温度を達成することが困難になり、その結果、機械毎の着火温度の変動が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】英国特許出願公開第２５２０９８５号明細書
【発明の概要】
【０００６】
種々の実施形態は、各ＧＴに関する測定された周囲条件に基づいて、ＧＴセットにおける各ＧＴに対してベース負荷レベルに指令することと、ＧＴセットにおける各ＧＴに対して、それぞれの動力出力（メガワット（ＭＷ）動力出力）を調整してそれぞれの動力出力値と公称動力出力値との差分の比率に等しいスケーリングされた動力出力（ｓｃａｌｅｄ  ｐｏｗｅｒ  ｏｕｔｐｕｔ）値に一致させ、その後、各ＧＴに関する実際の排出量値を測定するように指令することと、それぞれの測定された実際の排出量値と周囲条件での公称排出量値との差分と、排出量スケール係数とに基づいて、ＧＴセットにおける各ＧＴの動作条件を調整することとを含む処理を実施することによりガスタービン（ＧＴ）セットをチューニングするように構成された少なくとも１つのコンピュータデバイスを有するシステムを含む。
【０００７】
第１の態様は、各ＧＴに関する測定された周囲条件に基づいて、ＧＴセットにおける各ＧＴに対してベース負荷レベルに指令することと、ＧＴセットにおける各ＧＴに対して、それぞれの動力出力（ＭＷ動力出力）を調整してそれぞれの動力出力値と公称動力出力値との差分の比率に等しいスケーリングされた動力出力値に一致させ、その後、各ＧＴに関する実際の排出量値を測定するように指令することと、それぞれの測定された実際の排出量値と周囲条件での公称排出量値との差分と、排出量スケール係数とに基づいて、ＧＴセットにおける各ＧＴの動作条件を調整することとを含む処理を実施することによりガスタービン（ＧＴ）セットをチューニングするように構成された少なくとも１つのコンピュータデバイスを有するシステムを含む。
【０００８】
第２の態様は、少なくとも１つのコンピュータデバイスにより実行されたときに、各ＧＴに関する測定された周囲条件に基づいて、ＧＴセットにおける各ＧＴに対してベース負荷レベルに指令することと、ＧＴセットにおける各ＧＴに対して、それぞれの動力出力（ＭＷ動力出力）を調整してそれぞれの動力出力値と公称動力出力値との差分の比率に等しいスケーリングされた動力出力値に一致させ、その後、各ＧＴに関する実際の排出量値を測定するように指令することと、それぞれの測定された実際の排出量値と周囲条件での公称排出量値との差分と、排出量スケール係数とに基づいて、ＧＴセットにおける各ＧＴの動作条件を調整することとを含む処理を実施することによりガスタービン（ＧＴ）セットを少なくとも１つのコンピュータデバイスにチューニングさせる、プログラムコードを有するコンピュータプログラム製品。
【０００９】
第３の態様は、少なくとも１つのコンピュータデバイスを使用して実施される、ガスタービン（ＧＴ）セットをチューニングする、コンピュータで実行される方法であって、各ＧＴに関する測定された周囲条件に基づいて、ＧＴセットにおける各ＧＴに対してベース負荷レベルに指令することと、ＧＴセットにおける各ＧＴに対して、それぞれの動力出力（ＭＷ動力出力）を調整してそれぞれの動力出力値と公称動力出力値との差分の比率に等しいスケーリングされた動力出力値に一致させ、その後、各ＧＴに関する実際の排出量値を測定するように指令することと、それぞれの測定された実際の排出量値と周囲条件での公称排出量値との差分と、排出量スケール係数とに基づいて、ＧＴセットにおける各ＧＴの動作条件を調整することとを含む、コンピュータで実行される方法を含む。
【００１０】
本発明のこれらのおよび他の特徴は、本発明の種々の実施形態を描いた添付の図面と併せて解釈される、本発明の種々の態様の以下の詳細な説明からより容易に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の種々の実施形態による、制御システムを含む、ガスタービンエンジン（ＧＴ）の概略図を示す。
【図２】図２は、本発明の種々の実施形態による、ＧＴの動作を制御するために図１の制御システムで使用され得る制御アーキテクチャの概略図を示す。
【図３】図３は、図１の制御システムにより使用されるＧＴのモデルを使用した図１のＧＴエンジンの統計的に有意な数の動作状態の確率的シミュレーションのグラフを示す。
【図４】図４は、本発明の種々の実施形態による方法を図示する流れ図を示す。
【図５】図５は、２次元動力出力（ＭＷ）対排出量（ＮＯx）のグラフにおける、図４の流れ図に図示された工程のグラフ図を示す。
【図６】図６は、２次元動力出力（ＭＷ）対排出量（ＮＯx）のグラフにおける、図４の流れ図に図示された工程のグラフ図を示す。
【図７】図７は、３次元動力出力（ＭＷ）対排出量（ＮＯx）対着火温度（Ｔ４）のグラフにおける、図４の流れ図に図示された工程のグラフ図を示す。
【図８】図８は、本発明の種々の実施形態による制御システムを含む例示的環境を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の図面が必ずしも原寸に比例したものではないことに留意されたい。図面は、本発明の典型的な態様のみを描くように意図されており、それゆえ、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。図面において、類似の符号は、図面間で類似の要素を表す。
【００１３】
上述のように、本明細書に開示する主題は、チューニングおよび制御システムに関する。より詳細には、本明細書に開示する主題は、ガスタービン用のチューニングおよび制御システムに関する。
【００１４】
確率的制御は、測定出力（メガワット（ＭＷ）単位）および総じてＮＯx排出物と称される窒素酸化物ＮＯおよびＮＯ2（一酸化窒素および二酸化窒素）に基づいてガスタービン（ＧＴ）の動作状態を設定するための方法である。本明細書で説明するように、種々の実施形態は、測定値に誤差が存在する場合のＧＴのチューニングおよび制御を提供する。従来の手法は、測定値の誤差が存在する制御機構を計算してチューニングするために存在するが、動力出力およびＮＯx測定値の特定の観点においてＧＴ制御機能を考慮してチューニングするように設計されていない。
【００１５】
本明細書で使用する場合、「Ｐ５０ＧＴ」または「Ｐ５０機械」という用語は、一群の平均（すなわち、公称）のガスタービンまたは同様の機械を指す。このＰ５０測定に関連付けられたパラメータは理想的であると考えられ、実際のガスタービンにおいて取得されたとしても極めて稀である。本明細書で使用する他の用語は、ａ）第１段ノズルの下流側でかつタービン（例えば、ＧＴ）における第１の回転バケットの上流側での平均温度である着火温度（Ｔ４）、およびｂ）ガスタービン内の燃焼温度であり、着火温度よりも高いＴ３．９を含み得る。着火温度は、当該技術分野で知られているように、測定することができないが、他の測定値および既知のパラメータから推測される。本明細書で使用する場合、「指示着火温度」という用語は、制御機器、例えば、ＧＴ構成要素を監視および／または制御する制御システムの１つまたは複数の構成要素が指示する着火温度を指す。「指示」着火温度は、ＧＴ制御システムに接続された従来の検知／試験機器からの着火温度の最良の推定値を表す。
【００１６】
追加的に、本明細書で説明するように、特定のガスタービンに対する「ベース負荷」という用語は、定格着火温度でのガスタービンの最大出力を指すことができる。更に、本明細書で説明するように、また当技術分野で知られているように、所与のガスタービンに対するベース負荷は、周囲の動作条件の変化に基づいて変化する。ベース負荷は、当技術分野では「全速力全負荷」と称されることもある。更に、ＮＯxが燃料組成の影響を受けやすく、そのため、ガスタービンにおいて行われるあらゆるチューニング工程（本明細書で説明するチューニング工程を含む）が考慮されることが理解される。
【００１７】
更に、本明細書で説明する場合、「排気エネルギー」という用語は、ＧＴの排気セクション（出口）での排気ガスの温度測定値および圧力測定値に基づいて決定され得る、ＧＴから出る排気ガス中に含まれるエネルギーを指す。この排気エネルギーは、ＧＴを通って流れる燃焼ガスの量に直接関係しており、他の動作パラメータ、例えば動力出力と相関させることができる。
【００１８】
本明細書で説明する種々の実施形態は、ＧＴの動力出力および排出量パラメータを使用してＧＴ（例えば、２つ以上のＧＴの群）の確率的制御を可能にする。種々の実施形態によれば、手法は、以下の工程を含むことができる。
【００１９】
１）測定された周囲条件に基づいて、（例えば、一群の）１つまたは複数のガスタービンを、設計されたベース負荷（ＭＷ値、ＮＯx値、燃料流量値、排気エネルギー値）に指令する。本明細書で説明するように、理想的な状況において、ＧＴ（複数可）は、理想的なシナリオではＰ５０動力出力（公称動力出力）値およびＰ５０ＮＯx（排出量）値を含む、Ｐ５０（公称）動作パラメータに収束するはずである。しかしながら、本明細書で述べるように、これは現実の動作では起こらない。
【００２０】
２）１つまたは複数のＧＴに対して、その動力出力（ＭＷ）を調整してそれぞれの動力出力（ＭＷ）値と公称動力出力（Ｐ５０動力出力）値との差分の比率に等しいスケーリングされた動力出力値に一致させ、実際のＮＯx値を測定するように指令する。スケーリングされた動力出力値は、０より大きい１以上の数とすることができる、動力スケール係数を使用して導出することができる。つまり、各ＧＴの動力出力が公称動力出力とある値（例えば、ｘＭＷ）だけ異なる場合には、この工程は、各ＧＴに対して、その動力出力を調整してそのＧＴの動力出力と公称出力との差分の比率（例えば、０．７ｘ）に等しい値に一致させるように指令する。本明細書で述べるように、この工程は、各ＧＴの実際のＮＯx値をＰ５０ＮＯx値に近づけるのに役立つ可能性があるが、その目標に完全には成功しない。追加的に、この動力出力の調整は、着火温度がその所望のレベルに対して上昇するという別の懸念に対処していない。
【００２１】
３）測定された実際のＮＯx値（工程２）と周囲条件に対して予想されるＰ５０ＮＯx値との差分（デルタＮＯx）と、排出量スケール係数（例えば、動力スケール係数と同様のまたは異なる、０以上１未満の値）とに基づいて、各ＧＴの動作条件を調整する。デルタＮＯx値は、従来の手法を使用して、各ＧＴに関するデルタ動力出力（ＭＷ）値（ＧＴの実際の動力出力とＰ５０動力出力レベルでの動力出力との差分を表す）に変換することができる。この工程において、Ｐ５０動力出力値から逸脱した各ＧＴでは、動力出力がそのＧＴのデルタ動力出力値（ＭＷ）に接近し（到達するかまたはほぼ到達する）ように、動作条件が、排出量スケール係数で調整される、（デルタＮＯx値から変換された）デルタ動力出力値の一定の比率（ｆｉｘｅｄ  ｆｒａｃｔｉｏｎ）で調整される。この調整は、各ＧＴをそのＧＴのＰ５０動力出力／Ｐ５０ＮＯx特性にほぼ直交する動力出力／ＮＯx空間の線上に移動させる。上述の一般的な工程を本明細書において更に詳細に説明する。
【００２２】
以下の説明では、その一部をなす添付の図面を参照し、図面では、本教示が実施され得る特定の例示的実施形態が例示として示されている。これらの実施形態は、当業者が本教示を実施できるように十分詳細に説明されており、他の実施形態を利用し得ることと、本教示の範囲から逸脱せずに変更を加え得ることが理解されるべきである。それゆえ、以下の説明は単に例示的なものに過ぎない。
【００２３】
図１は、本発明の種々の実施形態による、制御システム１８を含むガスタービンエンジン（ＧＴ）１０の概略図を示している。種々の実施形態において、ガスタービンエンジン１０は、圧縮機１２と、燃焼器１４と、圧縮機１２に駆動的に結合されたタービン１６と、コンピュータ制御システム、すなわち制御装置１８とを含む。圧縮機１２への入口ダクト２０は、周囲空気および場合により注入水を圧縮機１２に送る。ダクト２０は、入口ダクト２０を通って圧縮機１２の入口ガイドベーン（ＩＧＶ）２１に流れ込む周囲空気の圧力損失の一因となる、ダクト、フィルタ、スクリーン、または吸音装置を含み得る。ガスタービンエンジン１０からの燃焼ガスは、排気ダクト２２を通して導かれる。排気ダクト２２は、吸音材と、ガスタービンエンジン１０に背圧を生じさせる排出量制御デバイスとを含み得る。入口圧力損失および背圧の量は、入口ダクト２０および排気ダクト２２に構成要素を追加することに起因して、ならびに／または入口ダクト２０および排気ダクト２２それぞれに塵または埃が目詰まりした結果として経時的に変わる場合がある。種々の実施形態において、ガスタービンエンジン１０は、電力を生成する発電機２４を駆動する。
【００２４】
例えば一群の１つまたは複数のガスタービンエンジン（ＧＴ）を含み得る、ＧＴセットを測定、分析および／または制御する種々の実施形態が説明される。これらの手法が２つ以上のＧＴと同様に単一のＧＴにも適用されることが理解される。更に、本明細書で使用する「セット」という用語は、１つ以上を意味し得ることが理解される。
【００２５】
種々の実施形態において、複数の制御センサ２６は、ガスタービンエンジン１０、発電機２４の種々の動作条件、および／またはガスタービンエンジン１０の動作中の周囲環境を検出する。多くの場合、多数の冗長制御センサ２６が同じ動作条件を測定してもよい。例えば、冗長温度制御センサ２６のグループは、周囲温度、圧縮機吐出温度、タービン排気ガス温度、および／またはガスタービンエンジン１０を通るガス流（図示せず）の他の動作温度を監視してもよい。同様に、他の冗長圧力制御センサ２６のグループは、周囲圧力、圧縮機１２での静圧および動圧レベル、タービン１６の排気、および／またはガスタービンエンジン１０内の他のパラメータを監視してもよい。制御センサ２６は、限定されるものではないが、流量センサ、圧力センサ、速度センサ、火炎検出器センサ、弁位置センサ、ガイドベーン角度センサ、および／またはガスタービンエンジン１０の動作中に種々の動作パラメータを検知するために使用され得る任意の他の装置を含み得る。
【００２６】
本明細書で使用する場合、「パラメータ」という用語は、ガスタービンエンジン１０内の所定位置での、温度、圧力、および／またはガス流量などの、ガスタービンエンジン１０の動作条件を規定するために使用できる特性を指す。いくつかのパラメータは測定され、すなわち、検知されて直接認知され、その一方で、他のパラメータは、モデルにより計算され、したがって推定されて間接的に認知される。いくつかのパラメータを最初にユーザが制御装置１８に入力してもよい。測定され、もしくは推定され、またはユーザにより入力されるパラメータは、ガスタービンエンジン１０の所与の動作状態を表す。
【００２７】
燃料制御システム２８は、燃料供給源（図示せず）から燃焼器１４への燃料流量、１次燃料ノズルと２次燃料ノズル（図示せず）との間で分配される量、および燃焼器１４に流れ込む２次空気と混合される量を調節する。燃料制御システム２８は更に、燃焼器１４で使用する燃料のタイプを選択してもよい。燃料制御システム２８は、別体のユニットであってもよく、または制御装置１８の構成要素であってもよい。
【００２８】
制御装置（制御システム）１８は、制御センサ２６の入力におよび人間のオペレータの命令に少なくとも部分的に基づいてガスタービンエンジン１０の動作を制御する動作を実行する、少なくとも１つのプロセッサ（図示せず）および少なくとも１つのメモリデバイス（図示せず）を含むコンピュータシステムであってもよい。制御装置は、例えば、ガスタービンエンジン１０のモデルを含み得る。制御装置１８により実行される動作は、動作パラメータの検知またはモデリング、動作境界のモデルリング、動作境界モデルの適用、または燃焼器１４への燃料流量の調節などによるガスタービンエンジン１０の動作を制御するスケジューリングアルゴリズムの適用を含み得る。制御装置１８は、限定されるものではないが、着火温度などの、制御出力を生成するために、ガスタービンエンジン１０の動作パラメータを、ガスタービンエンジン１０により使用される動作境界モデルまたはスケジューリングアルゴリズムと比較する。制御装置１８により生成される指令により、ガスタービンエンジン１０における燃料アクチュエータ２７が、燃料流量、燃料分配、および／または燃料供給源と燃焼器１４との間で送られる燃料のタイプを選択的に調整してもよい。アクチュエータ２９に、ＩＧＶ２１の相対位置を調整させ、入口抽気熱を調整させ、またはガスタービンエンジン１０における他の制御設定を有効にさせるために、他の指令が生成されてもよい。
【００２９】
動作パラメータは一般に、ガスタービンエンジン１０内の所定位置でのおよび所与の動作状態での、温度、圧力、およびガス流量などの、ガスタービンエンジン１０の動作条件を表す。いくつかの動作パラメータは測定され、すなわち、検知されて直接認知され、その一方で、他の動作パラメータは、モデルにより推定されて間接的に認知される。推定またはモデリングされる動作パラメータは、推定動作パラメータと称されることもあり、限定されるものではないが、例えば、着火温度および／または排気温度を含み得る。動作境界モデルは、ガスタービンエンジン１０の１つまたは複数の物理的境界により規定されてもよく、したがって、各境界でのガスタービンエンジン１０の最適な状態を表してもよい。更に、動作境界モデルは、いずれかのその他の境界または動作条件とは独立していてもよい。スケジューリングアルゴリズムを使用してタービン制御アクチュエータ２７、２９の設定を決定し、ガスタービンエンジン１０を所定限度内で動作させてもよい。通例、スケジューリングアルゴリズムは、最悪のシナリオを防ぎ、ある動作状態に基づく組み込まれた前提を有する。境界制御は、制御装置１８などの制御装置がガスタービンエンジン１０を好ましい状態で動作させるようにタービン制御アクチュエータ２７、２９を調整できる工程である。
【００３０】
図２は、（図１に示す）ガスタービンエンジン１０の動作を制御するために（図１に示す）制御装置１８で使用され得る例示的な制御アーキテクチャ２００の概略図を示している。より具体的には、種々の実施形態において、制御アーキテクチャ２００は、制御装置１８に実装され、かつモデルベース制御（ＭＢＣ）モジュール５６を含む。ＭＢＣモジュール５６は、ガスタービンエンジン１０の堅牢な高忠実度の物理学ベースのモデルである。ＭＢＣモジュール５６は、測定された条件を入力動作パラメータ４８として受け取る。このようなパラメータ４８は、限定されるものではないが、周囲圧力および周囲温度、燃料流量および燃料温度、入口抽気熱、ならびに／または発電機の電力損失を含み得る。ＭＢＣモジュール５６は、公称着火温度５０（または公称動作状態４２８）を決定するために入力動作パラメータ４８をガスタービンモデルに適用する。ＭＢＣモジュール５６を、本明細書で説明するように、制御アーキテクチャ２００およびガスタービンエンジン１０の動作を可能にする任意のプラットフォームに実装してもよい。
【００３１】
更に、種々の実施形態において、制御アーキテクチャ２００は、ガスタービンエンジン１０のある動作パラメータを推定する適応型リアルタイムエンジンシミュレーション（ＡＲＥＳ）モジュール５８を含む。例えば、一実施形態において、ＡＲＥＳモジュール５８は、制御アルゴリズムで使用する、制御センサ２６により生成される動作パラメータなどの直接検知されない動作パラメータを推定する。ＡＲＥＳモジュール５８はまた、測定される動作パラメータを推定して、推定された条件と測定された条件とを比較できるようにする。この比較は、ガスタービンエンジン１０の動作を中断せずにＡＲＥＳモジュール５８を自動的にチューニングするために使用される。
【００３２】
ＡＲＥＳモジュール５８は、限定されるものではないが、周囲圧力および温度、圧縮機の入口ガイドベーン位置、燃料流量、入口抽気熱流れ、発電機の電力損失、入口および排気ダクト圧力損失、ならびに／または圧縮機の入口温度などの入力動作パラメータ４８を受け取る。次いで、ＡＲＥＳモジュール５８は、限定されるものではないが、排気ガス温度６２、圧縮機吐出圧力、および／または圧縮機吐出温度などの推定動作パラメータ６０を生成する。種々の実施形態において、ＡＲＥＳモジュール５８は、推定動作パラメータ６０を入力動作パラメータ４８と組み合わせてガスタービンモデルへの入力として使用して、例えば、計算された着火温度６４などの出力を生成する。
【００３３】
種々の実施形態において、制御装置１８は、計算された着火温度５２を入力として受け取る。制御装置１８は、比較器７０を使用して、計算された着火温度５２を公称着火温度５０と比較し、補正係数５４を生成する。補正係数５４は、ＭＢＣモジュール５６内の公称着火温度５０を調整して、補正された着火温度６６を生成するために使用される。制御装置１８は、比較器７４を使用して、ＡＲＥＳモジュール５８からの制御出力とＭＢＣモジュール５６からの制御出力とを比較して差分値を生成する。次いで、この差分値はカルマンフィルタ利得マトリクス（図示せず）に入力され、ＡＲＥＳモジュール５８の制御モデルを継続的にチューニングするのに使用するために制御装置１８に供給される正規化された補正係数を生成し、これにより、ガスタービンエンジン１０の増強された制御を促進する。代替的な実施形態において、制御装置１８は、排気温度補正係数６８を入力として受け取る。排気温度補正係数６８は、ＡＲＥＳモジュール５８内の排気温度６２を調整するために使用され得る。
【００３４】
図３は、制御装置１８により使用されるガスタービンエンジンのモデルを使用した図１のガスタービンエンジン１０の統計的に有意な数の動作状態の確率的シミュレーションを示すグラフである。グラフは、ガスタービンエンジン１０の動力出力対着火温度を表している。線３００は、複数のデータ点３０８に関する線形回帰モデルである。線３０２は、データ点３０８に対応する９９％の予測区間を表す。更に、線３０４は、ガスタービンエンジン１０での公称または設計上の着火温度５０を表し、かつ線３０６は、ガスタービンエンジン１０での公称または設計上の動力出力を表す。種々の実施形態において、図３に示す確率的シミュレーションは、８０の単位の着火温度の近似分散を示している。この分散は、ガスタービンエンジン１０の構成要素の公差と、制御装置１８および制御センサ２６の測定の不確実性とに起因し得る。
【００３５】
本明細書では、実際のガスタービンエンジン１０の動作状態、例えば、着火温度および／または排気温度の変動の低減を促進し、これにより、ガスタービンエンジン１０の動力出力、排出量、および寿命の変動の低減を促進する、ガスタービンエンジン１０をチューニングする手法が説明されている。本明細書で説明する確率的制御手法は、ガスタービンエンジン１０を設置中に種々の周期でチューニングする個別の工程として実装してもよく、またはガスタービンエンジン１０の動作中に所定の間隔で周期的にまたは継続的に行われるように制御装置１８内に実装してもよい。先に考察したように、着火温度は推定パラメータであるので、これらの手法はガスタービンの着火温度を直接測定しない。しかしながら、この確率的制御手法は、ガスタービンエンジン１０の着火温度の強力な指標である直接測定されたパラメータを生み出し、ガスタービンエンジン１０の着火温度に対する改善された制御を可能にすることができる。
【００３６】
図４は、種々の実施形態に従って実施される方法を図示する流れ図を示している。本明細書で説明するように、本方法は、少なくとも１つのコンピュータデバイスを使用して実施する（例えば、実行する）か、コンピュータプログラム製品（例えば、非一時的コンピュータプログラム製品）として実装することができ、さもなければ以下の工程を含むことができる。
【００３７】
工程Ｐ１：各ＧＴ１０に関する測定された周囲条件に基づいて、ＧＴセットにおける各ＧＴ１０をベース負荷レベル（例えば、目標指示着火温度）に指令する。本明細書で述べるように、（目標指示着火温度での）ベース負荷は、測定された周囲条件における動力出力（ＭＷ）値および排出量値に関連付けられる。更に本明細書で述べるように、ＧＴセットにおける各ＧＴ１０に対してベース負荷レベルに指令することに応答して、各ＧＴ１０は、公称動力出力値（Ｐ５０動力出力）または公称排出量値（Ｐ５０ＮＯx）の少なくとも一方を取得しない。種々の実施形態によれば、ＧＴセットにおける各ＧＴ１０に対して、それぞれの動力出力を調整して公称動力出力値に一致させるように指令する工程は、各ＧＴ１０の実際の排出量値を公称排出量値に一致させずに公称排出量値に近づける。
【００３８】
工程Ｐ２：ＧＴセットにおける各ＧＴ１０に対して、それぞれの動力出力を調整してそれぞれの動力出力値と公称動力出力（Ｐ５０動力出力）値との差分の比率に等しいスケーリングされた動力出力値に一致させ、その後、各ＧＴ１０に関する実際の排出量値を測定するように指令する。スケーリングされた動力出力値は、０より大きい１未満の数とすることができる、動力スケール係数を使用して導出することができる。つまり、各ＧＴの動力出力が公称動力出力とある値（例えば、ｘＭＷ）だけ異なる場合には、この工程は、各ＧＴに対して、その動力出力を調整してそのＧＴの動力出力と公称出力との差分の比率（例えば、０．６ｘまたは０．７ｘ）に等しい値に一致させるように指令する。別個のＭＷ／ＮＯx条件で動作させたときにＧＴ１０群がどのように働くかを予測するために、１つまたは複数のモデリング工程を使用して動力スケール係数（ＳMW）を作成することができる。種々の実施形態において、動力スケール係数は、様々な条件下での特定のＧＴ１０の反復試験および／またはモデリングを使用して導出することができる。場合により、動力スケール係数（ＳMW）は、ＧＴ１０群に関する所望の標準偏差に基づいて、例えば、１つまたは複数のモデルに基づいて選択され、動力スケール係数は、ＧＴ１０が公称ＧＴのいくつかの標準偏差帯域に留まることを表す。種々の実施形態において、工程Ｐ２は更に、各ＧＴ１０に関するそれぞれの測定された実際の排出量値と公称排出量値との差分を、各ＧＴ１０に関するそれぞれの動力出力値と周囲条件値での公称動力出力値との差分に変換することを含むことができる。
【００３９】
工程Ｐ３：それぞれの測定された実際の排出量値と周囲条件での公称排出量値との差分と、排出量スケール係数（例えば、動力スケール係数と同様のまたは異なる、０以上１以下の値）とに基づいて、ＧＴセットにおける各ＧＴ１０の動作条件を調整する。種々の実施形態によれば、各ＧＴ１０の動作条件を調整する工程は、各ＧＴ１０の動力出力がそれぞれの公称動力出力値に接近し（場合により到達するかまたはほぼ到達する）ように、排出量スケール係数により調整される、それぞれの動力出力値と公称動力出力値との差分の一定の比率でＧＴセットにおける各ＧＴ１０の動作条件を調整することを含む。種々の実施形態によれば、排出量スケール係数（例えば、０．７、０．８、０．９）により調整される、それぞれの動力出力値と公称動力出力値との差分の一定の比率でのＧＴセットにおける各ＧＴ１０の動作条件の調整は、各ＧＴ１０に関する公称動力出力／公称排出量特性に直交する動力出力対排出量をプロットするグラフ空間内の線上に各ＧＴ１０を整列させる。
【００４０】
図５〜図７は、（ＧＴ１０と類似の）ＧＴの（複数の）セットを表す例示的なデータセットに対する、図４で説明した工程のグラフ図を動力出力対排出量（ＮＯx）のグラフにより示している。図５〜図６に示す全てのデータ点は、指示着火温度での動力出力対排出量（ＮＯx）を表し、ここで「指示」着火温度は、ＧＴ１０の制御装置により指示されるかまたは別様に出力される着火温度である。つまり、「指示」着火温度は、必ずしも実際の着火温度（本明細書で説明するように、正確に測定することができない）ではなく、代わりに、ＧＴ１０の制御装置（および関連機器）により推定される着火温度である。
【００４１】
この例に、例えば図５に示すように、線ＧＬの中心点は、ＧＴセットの平均着火温度（Ｔ４）の関数である。平均燃焼温度（Ｔ３．９）は、平均着火温度の関数であり、かつ平均着火温度よりも高い。本明細書で述べるように、平均着火温度が上昇するにつれて平均燃焼温度も上昇し、このことは、線ＧＬが、ベース負荷でのセットにおける平均ＧＴに関する動力出力／ＮＯx特性を規定する、線ＲＬに直交したままで、より大きな動力出力／ＮＯx値にシフトすることを意味する。ＢＬで表記された２つの線は、線ＧＬを境界付け、平均線ＲＬからの２シグマ（Σ）に対するＧＴセット間の統計的変動を規定する。発明者らは、実験的試験を通じて、線ＢＬが、線ＲＬに直交する所与の線に沿って測定されるように、線ＲＬから実際の着火温度（Ｔ４）における±１０度のスパンを表すことを見出した。図６は、ＲＬ（動力出力／ＮＯx特性）および線ＢＬに直交する線に沿った、ＧＴ群に関する別個の例示的な動力出力／ＮＯx値での平均Ｔ４（着火温度）の指標を追加した、図５のグラフ図を示している。この例において平均Ｔ４（Ｂ）および平均Ｔ４（Ｐ）は、それぞれＴ４＝２，４１０度ＦおよびＴ４＝２，４３０度Ｆでの例示的な群を図示している。図６はまた、動力出力／ＮＯx特性線に直交する着火温度（Ｔ４）の「掃引」または変動に沿った単一のＧＴの例である、線ＰＬを図示している。ＰＬは、変化する着火温度（Ｔ４）により動力出力／ＮＯxがどのように変わるかを示している。
【００４２】
図７は、工程Ｐ３（図４）、すなわち、それぞれの測定された実際の排出量値と周囲条件での公称排出量値との差分に基づいてＧＴセットにおける各ＧＴの動作条件を調整する工程の３次元グラフ図を示している。つまり、図７に示すように、着火温度（Ｔ４）空間にわたるＧＬ（図５〜図６）の平面により規定されるＧＬ平面は、ＧＴセットが（適用された排出量スケール係数に従ってスケーリングされた）着火温度（Ｔ４）空間において動作する場合のモデルを図示している。つまり、ＧＴセットにおける各ＧＴに関する実際の着火温度（Ｔ４）を直接測定することはできないが、ＧＬ平面は、ＧＴセット内におけるＧＴの着火温度の最も正確なモデルを表す。種々の実施形態によれば、工程Ｐ３は、それぞれのＧＴに関するそれぞれの測定された実際の排出量値（ＮＯx値）と公称（平均）排出量値（ＮＯx値）との差分に基づいて、排出量スケール係数にて、各ＧＴの動作条件を調整することを含む。つまり、種々の実施形態によれば、各ＧＴの動作条件は、動力出力／ＮＯx値が２次元空間（図５〜図６）内でＧＬと、３次元空間（図７）内でＧＬ平面と交差するように調整される。公称（Ｐ５０）動力出力／ＮＯx線とＧＬ平面の交点は、所望の平均の実際の着火温度（Ｐ４）の最も正確なモデルを表し、各ＧＴ１０をそのＧＬ平面に接近するようにチューニングすることにより、その群にわたって着火温度の変動が低減され、その群の長寿命化が図れる。
【００４３】
ＧＬ（およびＧＬ平面）は、ガスタービンがどのように設計および構築されるかの特性であり、動力出力／ＮＯx空間において、その中心が、特定のタイプのＧＴ１０群に関するＰ５０動力出力とＰ５０ＮＯxの交点にある。２次元空間（例えば、図５〜図６のＢＬ間の空間）内のＧＬの長さは、所与のタイプのＧＴに関するＧＴ毎のハードウェアのばらつき（例えば、同じ仕様に対する２つの機械の製造上の物理的ばらつき）により規定される。ＧＬ（およびＧＬ平面）とそのＧＴ１０の動力出力／ＮＯx値を整列させるためにＧＴ１０の動作条件を変更することにより、実際の着火温度（Ｔ４）の変動が最小限に抑えられる。
【００４４】
種々の実施形態によれば、図５〜図７に示すグラフ図は、実際の着火温度（ΔＴ4）の変化に対してだけでなく、ＧＴ１０の動作状態（ΔＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｔａｔｅ）の変化に対しての解決策を提供する、式１〜４から導出することができる。図示のように、式１〜４は以下の通りである。
【００４５】
【数１】
2017122436.tif 000003
ここで、Ｓｔｅｐ１＝工程Ｐ１、Ｓｔｅｐ２＝工程Ｐ２、Ｓｔｅｐ３＝工程Ｐ３、変数１＝ＧＴ１０における外部センサ（例えば、メガワット出力）から測定できる第１の性能変数、変数２＝ＧＴ１０における外部センサ（例えば、排気温度、排気ガス流量など）から測定できる第２の（変数１とは異なるが、独立していない）性能変数（例えば、排出量）、ＳV1＝変数１に対するスケール係数（例えば、ＭＷスケール係数）、ＳV2＝変数２に対するスケール係数（例えば、ＮＯxスケール係数）である。以下の表１に示すように、実際の着火温度、排出量、メガワット出力などを操作するために、例示的なスケール係数を種々の実施形態に従って選ぶことができる。本明細書で述べるように、「ステップ１」、「ステップ２」および「ステップ３」という用語は、工程Ｐ１、Ｐ２およびＰ３をそれぞれ表すために使用することができる。
【００４６】
【表１】
2017122436.tif 000004
表１の例示的なスケール係数で明らかであるように、ＭＷ（ステップ２、すなわち工程Ｐ２）およびＮＯx（ステップ３、すなわち工程Ｐ３）に関するスケール係数を、特定のＧＴ１０またはＧＴ１０群に対する所望の成果を高めるために実験データおよび／またはモデルベースのデータに従って選択することができる。例えば、目的がＭＷまたはＮＯxの変動を最小限に抑えることである場合には、「最小ＭＷ」または「ＮＯx最小値」の交点が選択されるようにスケール係数を選んでもよい。「最小ＭＷ」ボックスから右側（ＮＯxスケール係数を増加させる）への移動は、ＭＷおよび燃料の変動と引き換えにＮＯxおよびＴ４の変動をもたらす。「平衡変動（ｂａｌａｎｃｅｄ  ｖａｒｉａｔｉｏｎ）」と表示される帯域は、４次元のＭＷ／ＮＯx／Ｔ４／燃料空間内の最小領域を表す（図７）。１つのＧＴ１０に関して、（Ｘ＋２ＣＹ）のＮＯxスケール係数でのＴ４変動の最小値が存在する。そのような最小値が発生する値は、ＧＴの燃焼器（例えば、乾式低ＮＯx燃焼器）のＮＯx対Ｔ４特性の関数である。２つのスケール係数（ＭＷスケール係数およびＮＯxスケール係数）が適用される場合には、（Ｙ−Ｚ）のＭＷスケール係数は、先に開示された（スケーリングされていない）手法と実質的に同等であり得る変動をもたらす。しかしながら、この例示的な表で分かるように、ＭＷスケール係数としてのＹ＋ＸとＮＯxスケール係数としての（Ｘ＋３ＣＹ）との組み合わせは、ＧＴ１０群に対してＴ４の最小変動をもたらす。
【００４７】
図８は、少なくとも１つのコンピュータデバイス８１４を介してＧＴ１０と結合された制御装置（制御システム１８）を例証する例示的環境８０２を示している。本明細書で説明するように、制御システム１８は、ガスタービンエンジン（ＧＴ）を制御する際に使用される従来の制御システムの構成要素を含むことができる。例えば、制御システム１８は、ＧＴ（複数可）１０における１つまたは複数の構成要素を作動させるための電気的および／または電気機械的構成要素を含むことができる。制御システム１８は、プロセッサ、メモリ、入力／出力、バスなどの従来のコンピュータ化されたサブ構成要素を含むことができる。制御システム１８は、外部ソース（例えば、少なくとも１つのコンピュータデバイス８１４）からの動作条件に基づいて機能を実施するように構成する（例えば、プログラムする）ことができ、かつ／またはＧＴ（複数可）１０のパラメータに基づいて予めプログラムされた（エンコードされた）命令を含み得る。
【００４８】
システム８０２はまた、制御システム１８およびＧＴ（複数可）１０と（例えば、有線および／または無線で）接続された少なくとも１つのコンピュータデバイス８１４を含むことができる。種々の実施形態において、コンピュータデバイス８１４は、例えば、本明細書で説明する、流量計、温度センサなどの複数の従来のセンサを介して、ＧＴ（複数可）１０と動作可能に結合される。コンピュータデバイス８１４を、例えば、従来の有線および／または無線手段を介して、制御システム１８と通信可能に接続することができる。制御システム１８は、種々の実施形態に従って動作中のＧＴ（複数可）１０を監視するように構成される。
【００４９】
更に、コンピュータデバイス８１４は、ユーザ８３６と通信状態で示されている。ユーザ８３６は、例えば、プログラマーまたはオペレータとすることができる。これらの構成要素とコンピュータデバイス８１４との間の相互通信については、本出願における他の箇所で考察する。
【００５０】
本明細書で述べるように、本明細書で説明する工程の１つまたは複数は、例えば、本明細書で説明する、コンピュータデバイス８１４などの、少なくとも１つのコンピュータデバイスにより実施することができる。他の場合には、これらの工程の１つまたは複数は、コンピュータで実行される方法に従って実施することができる。更に他の実施形態において、これらの工程の１つまたは複数は、少なくとも１つのコンピュータデバイス（例えば、コンピュータデバイス８１４）上でコンピュータプログラムコード（例えば、制御システム１８）を実行して、少なくとも１つのコンピュータデバイスに（例えば、本明細書で説明する手法に従って少なくとも１つのＧＴ１０をチューニングする）工程を実施させることにより実施することができる。
【００５１】
更に詳細には、コンピュータデバイス８１４は、処理構成要素１２２（例えば、１つもしくは複数のプロセッサ）、記憶構成要素１２４（例えば、記憶階層）、入力／出力（Ｉ／Ｏ）構成要素１２６（例えば、１つもしくは複数のＩ／Ｏインターフェースおよび／またはデバイス）、ならびに通信経路１２８を含めて示されている。一実施形態において、処理構成要素１２２は、記憶構成要素１２４において少なくとも部分的に具現化される、制御システム１８などのプログラムコードを実行する。プログラムコードを実行している間、処理構成要素１２２は、データを処理することができ、その結果、更なる処理のために記憶構成要素１２４および／またはＩ／Ｏ構成要素１２６に対するデータの読み出しおよび／または書き込みを行うことができる。経路１２８は、コンピュータデバイス８１４における構成要素の各々間の通信リンクを提供する。Ｉ／Ｏ構成要素１２６は、１つまたは複数のヒューマンＩ／Ｏデバイスまたは記憶デバイスを備えることができ、これによりユーザ８３６が、コンピュータデバイス８１４および／または１つもしくは複数の通信デバイスと相互通信することを可能にし、ユーザ１３６および／またはＣＳ１３８が、任意のタイプの通信リンクを使用してコンピュータデバイス８１４と通信することを可能にする。この点で、制御システム１８は、制御システム１８とのヒューマンおよび／またはシステムの相互通信を可能にするインターフェースのセット（例えば、グラフィカルユーザインターフェース（複数可）、アプリケーションプログラムインターフェース、および／または同様のもの）を管理することができる。
【００５２】
いずれにしても、コンピュータデバイス８１４は、インストールされたプログラムコードを実行することが可能な１つまたは複数の汎用コンピュータ製品（例えば、コンピュータデバイス）を備えることができる。本明細書で使用する場合、「プログラムコード」とは、任意の言語、コード、または表記で、情報処理能力を有するコンピュータデバイスに特定の機能を、直接、または（ａ）別の言語、コード、または表記への変換、（ｂ）異なる物質形態での再現、および／または（ｃ）展開、の任意の組み合わせ後に実施させる命令の任意の集合を意味することが理解される。この点で、制御システム１８を、システムソフトウェアおよび／またはアプリケーションソフトウェアの任意の組み合わせとして具現化することができる。いずれにしても、コンピュータデバイス８１４の技術的効果は、本明細書の種々の実施形態に従って少なくとも１つのＧＴ１０をチューニングすることである。
【００５３】
更に、制御システムは、モジュール１３２のセットを使用して実装することができる。この場合、モジュール１３２は、制御システム１８により使用されるタスクのセットをコンピュータデバイス８１４が実施することを可能にすることができ、またモジュール１３２を、制御システム１８の他の部分とは別々に構築および／または実装することができる。制御システム１８は、特定用途の機械／ハードウェアおよび／またはソフトウェアを備えるモジュール１３２を含み得る。いずれにしても、２つ以上のモジュールおよび／またはシステムは、それらのそれぞれのハードウェアおよび／またはソフトウェアの一部／全てを共有し得ることが理解される。更に、本明細書で考察した機能の一部を実装しなくてもよくまたは追加の機能をコンピュータデバイス８１４の一部として含めてもよいことが理解される。
【００５４】
コンピュータデバイス８１４が多数のコンピュータデバイスを備える場合、各コンピュータデバイスは、制御システム１８の一部分（例えば、１つまたは複数のモジュール１３２）のみをコンピュータデバイス上で具現化させてもよい。しかしながら、コンピュータデバイス８１４および制御システム１８が、本明細書で説明する工程を実施し得る種々の可能な等価コンピュータシステムを表したものに過ぎないことが理解される。この点で、他の実施形態では、コンピュータデバイス８１４および制御システム１８により提供される機能は、プログラムコードを備えたまたは備えない汎用および／または特定用途のハードウェアの任意の組み合わせを含む１つまたは複数のコンピュータデバイスにより少なくとも部分的に実装することができる。各実施形態において、ハードウェアおよびプログラムコードは、含まれる場合には、標準的なエンジニアリングおよびプログラミング技法をそれぞれ使用して作成することができる。
【００５５】
いずれにしても、コンピュータデバイス８１４が多数のコンピュータデバイスを含む場合、コンピュータデバイスは、任意のタイプの通信リンクを介して通信することができる。更に、本明細書で説明する工程を実施する間、コンピュータデバイス８１４は、任意のタイプの通信リンクを使用して１つまたは複数の他のコンピュータシステムと通信することができる。いずれの場合も、通信リンクは、種々のタイプの有線および／または無線リンクの任意の組み合わせを備え、１つまたは複数のタイプのネットワークの任意の組み合わせを備え、かつ／または、種々のタイプの伝送技術およびプロトコルの任意の組み合わせを利用することができる。
【００５６】
本明細書で考察するように、制御システム１８は、コンピュータデバイス８１４が少なくとも１つのＧＴ１０を制御および／またはチューニングすることを可能にする。制御システム１８は、本明細書で説明する１つまたは複数の処理を実施するための論理回路を含み得る。一実施形態において、制御システム１８は、上述の機能を実施する論理回路を含み得る。構造上、論理回路は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、または本明細書で説明する機能を実行することが可能な他の任意の特定用途機械構造などの、様々な形態のいずれかをとってもよい。論理回路は、ソフトウェアおよび／またはハードウェアなどの、様々な形態のいずれかをとってもよい。しかしながら、例示の目的で、制御システム１８およびこれに含まれる論理回路を、特定用途機械として本明細書で説明する。本説明から理解されるように、論理回路が上述の機能の各々を含むものとして例示されているが、添付の請求項に列挙される本発明の教示によれば、本機能の全てが必須であるわけではない。
【００５７】
種々の実施形態において、制御システム１８は、本明細書で説明する１つまたは複数のＧＴ（複数可）１０の動作パラメータを監視するよう構成することができる。追加的に、制御システム１８は、本明細書で説明する制御および／またはチューニング機能を達成するために、１つまたは複数のＧＴ（複数可）１０に対してそれらの動作パラメータを修正するように指令するように構成される。
【００５８】
本明細書で示し説明する流れ図において、図示されていない他の工程を実施し得ることと、工程の順序を種々の実施形態に従って再配列できることが理解される。追加的に、中間工程を１つまたは複数の説明した工程間で実施してもよい。本明細書で示し説明する工程の流れは、種々の実施形態を限定するものと解釈されるべきではない。
【００５９】
いずれの場合においても、例えば、制御システム１８を含む、本発明の種々の実施形態の技術的効果は、本明細書で説明する１つもしくは複数のＧＴ（複数可）１０を制御および／またはチューニングすることである。
【００６０】
種々の実施形態において、互いに「結合される」ものとして説明される構成要素は、１つまたは複数のインターフェースに沿って接合することができる。いくつかの実施形態において、これらのインターフェースは、別個の構成要素間の接合部を含むことができ、他の場合では、これらのインターフェースは、堅固におよび／または一体的に形成された相互接続部を含むことができる。つまり、場合により、互いに「結合される」構成要素は、単一の連続部材を規定するよう同時に形成することができる。しかしながら、他の実施形態では、これらの結合された構成要素を、別体の部材として形成することができ、その後、既知の工程（例えば、締結、超音波溶接、接着）を通じて接合してもよい。
【００６１】
要素または層が、別の要素または層に「接する」、「係合される」、「接続される」、または「結合される」と表現されるときには、要素または層が、他の要素または層に直接接する、係合される、接続される、または結合される場合があり、あるいは、介在する要素または層が存在する場合がある。対照的に、要素が別の要素または層に「直接接する」、「直接係合される」、「直接接続される」、または「直接結合される」と表現されるときには、介在する要素または層が存在しない場合がある。要素間の関係を説明するために使用される他の用語も同様に解釈されるべきである（例えば、「の間に」と「の間に直接」、「隣接する」と「直接隣接する」など）。本明細書で使用する場合、「および／または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの１つまたは複数の任意および全ての組み合わせを含む。
【００６２】
本明細書で使用する専門用語は、特定の実施態様のみを説明するためのものであり、本開示を限定するようには意図されていない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「この（ｔｈｅ）」は、文脈から明らかにそうでないと分かる場合を除き、複数形も含むように意図されている。本明細書で使用する場合、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を明示しているが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではないことが更に理解されるであろう。
【００６３】
本明細書では、最良の形態を含めて本発明を開示するとともに、任意の装置またはシステムの製造および使用ならびに任意の包含される方法の実行を含めて、当業者が本発明を実施できるようにもするために、例を使用する。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲により規定され、当業者が想到する他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有する場合、または、それらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合に、特許請求の範囲の範囲内に含まれるように意図されている。
［実施態様１］
各ＧＴ（１０）に関する測定された周囲条件に基づいて、ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）に対してベース負荷レベルに指令することと、
前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）に対して、それぞれの動力出力を調整して前記それぞれの動力出力値と公称動力出力値との差分の比率に等しいスケーリングされた動力出力値に一致させ、その後、各ＧＴ（１０）に関する実際の排出量値を測定するように指令することと、
前記それぞれの測定された実際の排出量値と前記周囲条件での公称排出量値との差分と、排出量スケール係数とに基づいて、前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）の動作条件を調整することと
を含む処理を実施することにより前記ガスタービン（ＧＴ）（１０）セットをチューニングするように構成された少なくとも１つのコンピュータデバイス（８１４）
を備える、システム。
［実施態様２］
前記ベース負荷レベルが、前記測定された周囲条件における動力出力値および排出量値に関連付けられ、かつ前記スケーリングされた動力出力値が、動力スケール係数を使用して導出される、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様３］
前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）に対して前記ベース負荷レベルに指令することに応答して、各ＧＴ（１０）が、前記公称動力出力値または前記公称排出量値の少なくとも一方を取得しない、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様４］
前記少なくとも１つのコンピュータデバイス（８１４）が更に、各ＧＴ（１０）に関する前記それぞれの測定された実際の排出量値と前記公称排出量値との差分を、各ＧＴ（１０）に関するそれぞれの動力出力値と前記周囲条件値での前記公称動力出力値との差分に変換するように構成される、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様５］
各ＧＴ（１０）の前記動作条件の前記調整は、各ＧＴ（１０）の前記動力出力がそれぞれの公称動力出力値に接近しそして到達するように、前記それぞれの動力出力値と前記公称動力出力値との前記差分の一定の比率で前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）の前記動作条件を調整することを含む、実施態様４に記載のシステム。
［実施態様６］
前記それぞれの動力出力値と前記公称動力出力値との前記差分の前記一定の比率での前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）の前記動作条件の前記調整が、各ＧＴ（１０）に関する公称動力出力／公称排出量特性に直交する動力出力対排出量をプロットするグラフ空間内の線上に各ＧＴ（１０）を整列させる、実施態様５に記載のシステム。
［実施態様７］
前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）に対する、それぞれの動力出力を調整して前記それぞれの動力出力値と前記公称動力出力値との前記差分の前記比率に等しい前記スケーリングされた動力出力値に一致させる前記指令が、各ＧＴ（１０）に関する実際の排出量値を前記公称排出量値に一致させずに前記公称排出量値に近づける、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様８］
少なくとも１つのコンピュータデバイス（８１４）により実行されたときに、
各ＧＴ（１０）に関する測定された周囲条件に基づいて、ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）に対してベース負荷レベルに指令することと、
前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）に対して、それぞれの動力出力を調整して前記それぞれの動力出力値と公称動力出力値との前記差分の比率に等しいスケーリングされた動力出力値に一致させ、その後、各ＧＴ（１０）に関する実際の排出量値を測定するように指令することと、
前記それぞれの測定された実際の排出量値と前記周囲条件での公称排出量値との差分と、排出量スケール係数とに基づいて、前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）の動作条件を調整することと、
を含む処理を実施することにより前記ガスタービン（ＧＴ）（１０）セットを前記少なくとも１つのコンピュータデバイス（８１４）にチューニングさせる、プログラムコードを備えるコンピュータプログラム製品。
［実施態様９］
前記ベース負荷レベルが、前記測定された周囲条件における動力出力値および排出量値に関連付けられ、かつ前記スケーリングされた動力出力値が、動力スケール係数を使用して導出される、実施態様８に記載のコンピュータプログラム製品。
［実施態様１０］
前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）に対して前記ベース負荷レベルに指令することに応答して、各ＧＴ（１０）が、前記公称動力出力値または前記公称排出量値の少なくとも一方を取得しない、実施態様８に記載のコンピュータプログラム製品。
［実施態様１１］
実行されたときに、前記少なくとも１つのコンピュータデバイス（８１４）に、各ＧＴ（１０）に関する前記それぞれの測定された実際の排出量値と前記公称排出量値との前記差分を、各ＧＴ（１０）に関するそれぞれの動力出力値と前記周囲条件値での前記公称動力出力値との差分に変換させる、実施態様８に記載のコンピュータプログラム製品。
［実施態様１２］
各ＧＴ（１０）の前記動作条件の前記調整は、各ＧＴ（１０）の前記動力出力がそれぞれの公称動力出力値に接近しそして到達するように、前記それぞれの動力出力値と前記公称動力出力値との前記差分の一定の比率で前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）の前記動作条件を調整することを含む、実施態様１１に記載のコンピュータプログラム製品。
［実施態様１３］
前記それぞれの動力出力値と前記公称動力出力値との前記差分の前記一定の比率での前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）の前記動作条件の前記調整が、各ＧＴ（１０）に関する公称動力出力／公称排出量特性に直交する動力出力対排出量をプロットするグラフ空間内の線上に各ＧＴ（１０）を整列させる、実施態様１２に記載のコンピュータプログラム製品。
［実施態様１４］
前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）に対する、それぞれの動力出力を調整して前記それぞれの動力出力値と前記公称動力出力値との前記差分の前記比率に等しい前記スケーリングされた動力出力値に一致させる指令が、各ＧＴ（１０）に関する実際の排出量値を前記公称排出量値に一致させずに前記公称排出量値に近づける、実施態様８に記載のコンピュータプログラム製品。
［実施態様１５］
少なくとも１つのコンピュータデバイス（８１４）を使用して実施される、ガスタービン（ＧＴ）（１０）セットをチューニングする、コンピュータで実行される方法であって、
各ＧＴ（１０）に関する測定された周囲条件に基づいて、前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）に対してベース負荷レベルに指令することと、
前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）に対して、それぞれの動力出力を調整して前記それぞれの動力出力値と公称動力出力値との差分の比率に等しいスケーリングされた動力出力値に一致させ、その後、各ＧＴ（１０）に関する実際の排出量値を測定するように指令することと、
前記それぞれの測定された実際の排出量値と前記周囲条件での公称排出量値との差分に基づいて前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）の動作条件を調整することと
を含む、方法。
［実施態様１６］
前記ベース負荷レベルが、前記測定された周囲条件での動力出力値および排出量値に関連付けられ、かつ前記スケーリングされた動力出力値が、動力スケール係数を使用して導出される、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様１７］
前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）に対して前記ベース負荷レベルに指令することに応答して、各ＧＴ（１０）が、前記公称動力出力値または前記公称排出量値の少なくとも一方を取得しない、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様１８］
各ＧＴ（１０）に関する前記それぞれの測定された実際の排出量値と前記公称排出量値との前記差分を、各ＧＴ（１０）に関するそれぞれの動力出力値と前記周囲条件値での前記公称動力出力値との差分に変換することを更に含む、実施態様１７に記載の方法。
［実施態様１９］
各ＧＴ（１０）の前記動作条件の前記調整は、各ＧＴ（１０）の前記動力出力がそれぞれの公称動力出力値に接近しそして到達するように、前記それぞれの動力出力値と前記公称動力出力値との前記差分の一定の比率で前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）の前記動作条件を調整することを含み、前記それぞれの動力出力値と前記公称動力出力値との前記差分の前記一定の比率での前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）の前記動作条件の前記調整が、前記各ＧＴ（１０）に関する公称動力出力／公称排出量特性に直交する動力出力対排出量をプロットするグラフ空間内の線上に各ＧＴ（１０）を整列させる、実施態様１８に記載の方法。
［実施態様２０］
前記ＧＴ（１０）セットにおける各ＧＴ（１０）に対する、それぞれの動力出力を調整して前記それぞれの動力出力値と前記公称動力出力値との前記差分の前記比率に等しい前記スケーリングされた動力出力値に一致させる前記指令が、各ＧＴ（１０）に関する実際の排出量値を前記公称排出量値に一致させずに前記公称排出量値に近づける、実施態様１５に記載の方法。
【符号の説明】
【００６４】
１０  ガスタービンエンジン（ＧＴ）
１２  圧縮機
１４  燃焼器
１６  タービン
１８  制御システム、制御装置
２０  入口ダクト
２１  入口ガイドベーン（ＩＧＶ）
２２  排気ダクト
２４  発電機
２６  制御センサ
２７  アクチュエータ
２８  燃料制御システム
２９  タービン制御アクチュエータ
４８  入力動作パラメータ
５０  公称着火温度
５２  着火温度
５４  補正係数
５６  モデルベース制御（ＭＢＣ）モジュール
５８  適応型リアルタイムエンジンシミュレーション（ＡＲＥＳ）モジュール
６０  推定動作パラメータ
６２  排気ガス温度
６４  着火温度
６６  着火温度
６８  排気温度補正係数
７０  比較器
７４  比較器
１２２  処理構成要素
１２４  記憶構成要素
１２６  入力／出力（Ｉ／Ｏ）構成要素
１２８  通信経路
１３２  モジュール
１３６  ユーザ
１３８  ＣＳ
２００  制御アーキテクチャ
３００  線
３０２  線
３０４  線
３０６  線
３０８  データ点
４２８  公称動作状態
８０２  例示的環境、システム
８１４  コンピュータデバイス
８３６  ユーザ
【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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【図８】
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【外国語明細書】
2017122436000001.pdf