專利名稱：燃氣輪機系統(tǒng)和燃氣輪機控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種進行控制以抑制燃燒波動的燃氣輪機控制裝置，還涉 及一種使用燃氣輪機控制裝置的燃氣輪機系統(tǒng)和基于同一概念的燃氣輪 機控制方法。
背景技術：
在現(xiàn)有技術的燃氣輪機中，提供到燃燒室的空氣和燃料的流率是根據(jù) 發(fā)電機的輸出、大氣的溫度和濕度等預先決定的，并且利用這些決定的值 實施燃氣輪機的操作。但是，由于諸如壓縮機性能降低、過濾器堵塞之類 的老化損壞，存在著燃料和空氣的實際流率偏離試驗操作時的計劃值或調(diào) 節(jié)值的可能性。在這種情況下，存在著燃燒穩(wěn)定性降低或產(chǎn)生燃燒波動的 可能性。如果發(fā)生燃燒波動，那么會極大地妨礙燃氣輪機的操作。也就是 說，從工廠設施的維護和提高工廠的有效性的觀點看，十分希望盡可能地 抑制和避免燃燒波動。因此，為了保持燃燒穩(wěn)定性和避免燃燒波動，熟練 的操作人員每年要進行數(shù)次控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，以便確認和維持燃燒穩(wěn)定 性，這導致了維修成本增加和有效性降低。專利文獻1 (日本專利申請公開1997-269107)披露一種燃燒室的燃燒 波動抑制設備及其方法。這種燃燒室的燃燒波動抑制設備包括一個燃燒波動抑制部分。燃燒波 動抑制部分包括一個執(zhí)行燃燒室中壓力傳感器檢測的燃氣壓力波動的頻 率分析的頻率分析設備， 一個根據(jù)頻率分析設備分析的壓力波動的頻帶處
理波動穩(wěn)定性的中央計算和處理單元， 一個放大中央計算和處理單元的輸 出信號的電壓放大器，和一個通過將放大的輸出信號作為閥門打開和關閉 信號提供到燃料閥而執(zhí)行控制的控制部分。這種波動抑制方法著眼于低頻燃燒波動。也就是說，根據(jù)燃燒波動發(fā) 生時的燃料與空氣比，預測燃燒波動的頻率。在低頻燃燒波動的情況下， 通過改變?nèi)剂吓c空氣比，可以抑制低頻燃燒波動的發(fā)生。由于低頻燃燒波 動有可能影響機器部件和組件，通過抑制低頻燃燒波動，抑制了機器部件 和組件的損壞。但是，如上所述，專利文獻1的燃燒波動抑制方法涉及低頻燃燒波動。實際上由于各種原因，可以造成在燃氣輪機中產(chǎn)生從低頻到數(shù)千Hz的高 頻的大范圍頻帶的燃燒波動。此外，可以同時在多個頻帶中產(chǎn)生燃燒波動。 如果，僅根據(jù)低頻帶的燃燒波動改變?nèi)剂吓c空氣比，那么可能對其它頻帶 的燃燒波動造成不良影響。以這種方式，通過僅僅簡單地抑制低頻的燃燒波動，難于有效地實現(xiàn) 燃燒穩(wěn)定性。順便說一下，燃燒波動抑制措施經(jīng)常是剛好在燃燒波動產(chǎn)生之后執(zhí)行 控制以便避免燃燒波動的這樣一種裝置。因此，即使正在進行沒有燃燒波 動的穩(wěn)定操作，由于其中使用了各種燃燒波動抑制裝置，這種穩(wěn)定狀態(tài)可 能包括一種幾乎要發(fā)生燃燒波動的邊界狀態(tài)。由于季節(jié)變化而空氣溫度或濕度相應地改變，或由于老化損壞而導致 每個燃氣輪機部件和組件的相應損壞或變形，等等，那么即使諸如空氣溫 度或濕度之類的外部條件相同，燃燒狀態(tài)也不會總是相同的。此外，從經(jīng)濟觀點看，進行沒有燃燒波動的穩(wěn)定操作的狀態(tài)可能并不 總是最好的。例如，專利文獻2 (日本專利申請公開2003-232230)中，為 了將燃燒室排出的氮氧化物排放降低到目標水平，要對提供到多個燃燒室 中每個燃燒室中的燃料進行控制。在這種方式中，優(yōu)選是根據(jù)從包括不僅 抑制燃燒波動而且也抑制排放等的各種不同觀點平衡的條件，實施燃氣輪 機操作的控制。但是，在這種情況下，在燃氣輪機的控制中，仍然存在著提高穩(wěn)定性、 操作的經(jīng)濟性、環(huán)境保護性能等的大的空間。 發(fā)明內(nèi)容考慮到上述技術問題，本發(fā)明的一個目的是要提供一種即使在多個頻 帶產(chǎn)生燃燒波動時也能有效地抑制燃燒波動的燃氣輪機控制裝置。本發(fā)明的另一個目的是要提供一種在抑制燃燒波動的同時也能夠進 行穩(wěn)定性、操作的經(jīng)濟性、和環(huán)境保護性能優(yōu)秀的操作的燃氣輪機控制裝出于上述目的，發(fā)明人進行了廣泛的研究，并且提出了包括專利文獻3至5 (即，日本專利申請公開2002-47945， 2002-54460和2003-65082)在內(nèi)的多個建議。在這些建議中，為了實現(xiàn)燃燒穩(wěn)定性，披露了以下措施，即，對燃氣 輪機燃燒室中的壓力波動進行頻率分析，和將這種分析的結(jié)果劃分成多個 頻帶，以便在燃燒波動到達某個閾值或高于該閾值的頻帶中調(diào)節(jié)燃料與空 氣比，從而抑制燃燒波動，或根據(jù)得到的數(shù)據(jù)，建立一個公式模型，以便 預報可能產(chǎn)生燃燒波動的區(qū)域。根據(jù)上述這些建議，本發(fā)明致力于通過以下措施以獲得進一步的改進一種根據(jù)本發(fā)明的燃氣輪機控制裝置的特征在于包括頻率分析部 分，用于對燃氣輪機燃燒室中的壓力或加速度的波動進行頻率分析并且輸出將頻率分析的結(jié)果劃分成多個頻帶的劃分成頻帶的分析結(jié)果；優(yōu)先次序 信息包容部分，用于包容為多個頻帶設定的優(yōu)先次序的信息；燃燒特性掌 握部分，用于根據(jù)劃分成頻帶的分析結(jié)果和燃氣輪機的過程數(shù)據(jù)掌握燃氣 輪機的燃燒波動特性；和控制部分，用于在燃燒特性掌握部分掌握到多個 頻帶中產(chǎn)生的燃燒波動時，根據(jù)包容在優(yōu)先次序信息包容部分中的優(yōu)先次 序的信息，調(diào)節(jié)提供到燃燒室的燃料流率和空氣流率中的至少一個從而抑 制一個高優(yōu)先次序的頻帶的燃燒波動。因此，即使在多個頻帶中產(chǎn)生燃燒波動時，也能執(zhí)行調(diào)節(jié)從而抑制高 優(yōu)先次序的頻帶的燃燒波動和能夠有效地抑制具有高妨礙危險性或高妨 礙可能性的燃燒波動。優(yōu)選的是，在控制部分進行調(diào)節(jié)時，控制部分將調(diào)節(jié)內(nèi)容和有關由于
調(diào)節(jié)的結(jié)果燃燒室中的燃燒狀態(tài)的改變的信息存儲著在一個數(shù)據(jù)庫中。如 果將所存儲的數(shù)據(jù)反映在控制部分的調(diào)節(jié)內(nèi)容上，那么這種燃氣輪機控制 裝置可以具有學習功能。此外，在諸如顯示標準燃燒特性的公式模型或燃氣輪機操作的限制信 息之類的信息是通過根據(jù)存儲在另一個燃氣輪機中的數(shù)據(jù)庫中的信息進 行分析而獲得的情況下，本發(fā)明的燃氣輪機控制裝置可以進一步包括其中 包含著諸如公式模型或限制信息之類的信息的基本數(shù)據(jù)庫。在這種情況 下，控制部分根據(jù)包含在基本數(shù)據(jù)庫中的諸如公式模型或限制信息之類的 信息，調(diào)節(jié)提供給燃燒室的燃料流率和空氣流率中的至少一個。此外，如 果根據(jù)熟練的調(diào)節(jié)操作人員的經(jīng)驗預先準備了包容"對于某某情況如此這 般調(diào)節(jié)"這樣的信息的表或數(shù)據(jù)庫，那么根據(jù)這種信息進行控制也是非常 有效的。優(yōu)選的是，也將由于上所述根據(jù)熟練的調(diào)節(jié)操作人員的經(jīng)驗進行 的調(diào)節(jié)結(jié)果而使燃燒室中的燃燒狀態(tài)產(chǎn)生的變化存儲在數(shù)據(jù)庫中。因此， 附加地存儲了基于熟練調(diào)節(jié)操作人員的經(jīng)驗的信息，并且可以進一步提高 控制的可靠性。在燃氣輪機本身發(fā)生故障的情況下，即使檢測到燃燒波動，波動可能 是由燃氣輪機本身的故障造成的，而不是由燃燒造成的。在這種情況下， 對燃氣輪機的故障采取對策是更為重要的而不是抑制燃燒波動。為此，燃 氣輪機控制裝置可以進一步包括一個用于檢測燃氣輪機故障的燃氣輪機 故障檢測部分，并且當燃氣輪機故障檢測部分檢測到燃氣輪機故障時，控 制部分可以不進行調(diào)節(jié)，而是將產(chǎn)生的故障通知外部。此外，如果檢測燃燒室中的壓力或加速度的波動的傳感器發(fā)生故障 時，即使實際上沒有燃燒波動，也能仿佛發(fā)生了燃燒波動那樣進行調(diào)節(jié)。 因此，當傳感器故障檢測部分檢測到傳感器的故障時，控制部分可以不進 行調(diào)節(jié)，而是將產(chǎn)生故障通知外部?；蚴翘峁┨峁┒嘟M傳感器，和忽略發(fā) 生故障的傳感器的檢測結(jié)果。此外，如果提供給燃燒室的燃料存儲在罐之類的容器中，根據(jù)構(gòu)成燃 料的物質(zhì)的比重，罐上部和下部的燃料的組成成分可能不同。因此，優(yōu)選 根據(jù)提供給燃燒室的燃料的組成成分，控制部分校正對提供給燃燒室的燃 料流率和空氣流率中的至少一個進行的調(diào)節(jié)的內(nèi)容。
本發(fā)明還提供了一種包括上述燃氣輪機控制裝置的燃氣輪機系統(tǒng)。也 就是說，根據(jù)本發(fā)明的燃氣輪機系統(tǒng)的特征在于包括包含燃燒室的燃氣 輪機；頻率分析部分，用于進行燃燒室中的壓力或加速度的波動的頻率分 析并且輸出將頻率分析結(jié)果劃分成多個頻帶的劃分成頻帶的分析結(jié)果；優(yōu) 先次序信息包容部分，包容為多個頻帶設定的優(yōu)先次序的信息；燃燒特性 掌握部分，用于根據(jù)劃分成頻帶的分析結(jié)果和燃氣輪機的過程數(shù)據(jù)掌握燃 氣輪機的燃燒波動的特性；和控制部分，用于在燃燒特性掌握部分掌握到 多個頻帶中產(chǎn)生燃燒波動時，根據(jù)包容在優(yōu)先次序信息包容部分中的優(yōu)先 次序的信息，調(diào)節(jié)提供給燃燒室的燃料流率或空氣流率中的至少一個從而 抑制高優(yōu)先次序的頻帶的燃燒波動。本發(fā)明還提供了一種燃氣輪機控制方法，其特征在于包括進行燃氣 輪機的燃燒室中的壓力或加速度的波動的頻率分析并且輸出將頻率分析 結(jié)果劃分成多個頻帶的劃分成頻帶的分析結(jié)果的步驟；根據(jù)劃分成頻帶的 分析結(jié)果和燃氣輪機的過程數(shù)據(jù)掌握燃氣輪機的燃燒波動特性的步驟；和 當多個頻帶中產(chǎn)生燃燒波動時，根據(jù)預定的優(yōu)先次序，調(diào)節(jié)提供給燃燒室 的燃料流率和空氣流率中的至少一個從而抑制高優(yōu)先次序的頻帶的燃燒 波動的步驟。此外，本發(fā)明提供了一種燃氣輪機控制裝置，其特征在于包括頻率 分析部分，用于執(zhí)行燃氣輪機的燃燒室中的壓力或加速度的波動的頻率分析并且輸出將頻率分析的結(jié)果劃分成多個頻帶的劃分成頻帶的分析結(jié)果；燃燒特性掌握部分，用于根據(jù)劃分成頻帶的分析結(jié)果和燃氣輪機的過程數(shù)據(jù)掌握燃氣輪機的燃燒波動的特性；控制部分，用于當燃燒特性掌握部分 掌握到產(chǎn)生了燃燒波動時調(diào)節(jié)提供給燃燒室的燃料流率和空氣流率中的 至少一個從而抑制燃燒波動；和搜索和控制部分，用于在控制部分沒有進 行調(diào)節(jié)以抑制燃燒波動的狀態(tài)下通過改變提供給燃燒室的燃料流率和空 氣流率中的至少一個而搜索最佳操作條件，并且根據(jù)對應的最佳操作條件 調(diào)節(jié)提供給燃燒室的燃料流率和空氣流率中的至少一個。以這種方式，在沒有進行抑制燃燒波動的調(diào)節(jié)的狀態(tài)下，即，在穩(wěn)定 狀態(tài)下，通過改變提供給燃燒室的燃料流率和空氣流率中的至少一個，可 以搜索最佳操作條件。并且對應于獲得的最佳操作條件，進行對提供到燃
燒室的燃料流率和空氣流率中的至少一個的調(diào)節(jié)，從不僅能夠得到簡單的 穩(wěn)定操作條件，而且可以得到更好的操作條件。與此同時，搜索和控制部 分可以將最佳操作條件確定為其中抵抗燃燒波動的穩(wěn)定性是最高的操作 條件。此外，餘了抵抗燃燒波動的穩(wěn)定性之外，搜索和控制部分還可以通 過評價燃氣輪機的熱效率來搜索最佳操作條件。搜索和控制部分可以根據(jù)一個預定的簡表改變提供給燃燒室的燃料 流率和空氣流率中的至少一個。此外，當搜索和控制部分根據(jù)簡表改變了 提供給燃燒室的燃料流率和空氣流率中的至少一個時，搜索和控制部分可 以預報是否可能產(chǎn)生燃燒波動，如果預報可能產(chǎn)生燃燒波動，那么搜索和 控制部分可以暫停改變提供給燃燒室的燃料流率和空氣流率中的至少一 個。此外，如果由于搜索和控制部分改變提供給燃燒室的燃料流率和空氣 流率中的至少一個的結(jié)果，產(chǎn)生了燃燒波動，那么搜索和控制部分可以暫 停改變提供給燃燒室的燃料流率和空氣流率中的至少一個。由于搜索和控制部分改變提供給燃燒室的燃料流率和空氣流率中的 至少一個的結(jié)果，可能會產(chǎn)生燃燒波動。在這種情況下，優(yōu)選的是控制部 分調(diào)節(jié)提供給燃燒室的燃料流率和空氣流率中的至少一個，從而抑制燃燒 波動。此外，本發(fā)明提供了一種燃氣輪機系統(tǒng)，其特征在于包括包含燃燒 室的燃氣輪機；和搜索和控制部分，通過在燃氣輪機中沒有燃燒波動的狀 態(tài)下改變提供給燃燒室的燃料流率和空氣流率中的至少一個而搜索最佳 操作條件，并且根據(jù)得到的最佳操作條件調(diào)節(jié)提供給燃燒室的燃料流率和 空氣流率中的至少一個。搜索和控制部分可以通過在每次啟動或停止燃氣輪機時改變提供給 燃燒室的燃料流率和空氣流率中的至少一個，或通過多次地進行啟動或停 止，搜索燃氣輪機啟動或停止時的最佳操作條件。此外，本發(fā)明提供了一種燃氣輪機控制方法，其特征在于包括執(zhí)行 燃氣輪機的燃燒室中的壓力或加速度的波動的頻率分析并且輸出其分析 的結(jié)果的結(jié)果輸出步驟；根據(jù)分析結(jié)果和燃氣輪機的過程數(shù)據(jù)掌握燃氣輪 機的燃燒波動的特性的特性掌握步驟；如果掌握燃氣輪機的燃燒波動的特 性的特性掌握步驟的結(jié)果是產(chǎn)生燃燒波動，那么調(diào)節(jié)提供給燃燒室的燃料
流率和空氣流率中的至少一個從而抑制燃燒波動的波動抑制步驟；和在沒 有進行波動抑制的狀態(tài)下通過改變提供給燃燒室的燃料流率和空氣流率 中的至少一個而搜索最佳操作條件，并且對應于得到的最佳操作條件，調(diào) 節(jié)提供給燃燒室的燃料流率和空氣流率中的至少一個的條件搜索步驟。根據(jù)本發(fā)明，即使在多個頻帶中產(chǎn)生燃燒波動，也可以有效地抑制燃 燒波動，并且總是可以保持優(yōu)良的燃燒狀態(tài)。此外，根據(jù)本發(fā)明，自動地執(zhí)行穩(wěn)定狀態(tài)的操作的搜索，從而可以獲 得優(yōu)良的操作穩(wěn)定性，以及優(yōu)良的操作經(jīng)濟性和環(huán)境保護特性。


圖1是顯示作為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一部分的燃氣輪機的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的燃氣輪機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖3是顯示燃氣輪機控制部分的功能結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖4是顯示在自動調(diào)節(jié)部分中進行的處理流程的流程圖； 圖5是顯示頻率分析的結(jié)果的曲線圖；圖6是顯示頻率分析的結(jié)果，頻率劃分成多個頻帶，和為對應頻帶設 定的閾值的例子的示意圖；圖7包括圖7 (a)至7 (c)，分別示出了在壓力測量設備或加速度測量設備或數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中出現(xiàn)故障的情況下獲得的頻率分析的結(jié)果的 例子；圖8是顯示在每個預定時間獲得的數(shù)據(jù)的例子的示意圖； 圖9是顯示燃燒波動區(qū)評價方面的原理的示意圖； 圖IO是顯示燃燒波動區(qū)評價的一個例子的示意圖； 圖11是顯示為每個頻帶設定的對策優(yōu)先次序的一個例子的視圖； 圖12是顯示執(zhí)行條件搜索過程的燃氣輪機控制部分的功能結(jié)構(gòu)的示 意圖；圖13是顯示圖12的條件搜索過程的流程的流程圖； 圖14是說明通過分割成多個區(qū)的格柵區(qū)管理存儲的數(shù)據(jù)的方法的示 意圖； 圖15包括圖15 (a)至(c)，其中圖15 (a)是顯示在執(zhí)行條件搜索 的情況下操作條件的改變序列的例子的示意圖，圖15 (b)是顯示在改變 操作條件之前燃氣輪機操作進程的例子的示意圖，和圖15 (c)是顯示作 為條件搜索的結(jié)果而獲得的最佳操作條件的燃氣輪機操作進程的例子的 示意圖；圖16包括圖16 (a)和(b)，其中圖16 (a)是顯示其中執(zhí)行條件 搜索的區(qū)的例子的示意圖，和圖16 (b)是顯示由于在條件搜索期間發(fā)生 燃燒波動從而使用于條件搜索的區(qū)滑動的例子的示意圖； 圖17是顯示設定初始操作條件的負載增加進程的視圖； 圖18是顯示在啟動或停止時搜索最佳操作進程的過程的流程的流程 圖；禾口圖19是顯示在啟動或停止時操作條件的例子的示意圖。
具體實施方式
以下參考附圖根據(jù)本發(fā)明的燃氣輪機控制裝置和燃氣輪機系統(tǒng) 的實施例更具體地說明本發(fā)明。在本實施例中，盡管說明的是在燃氣輪機中使用的控制裝置的例 子，但是，這個控制裝置也可以應用到可能產(chǎn)生燃燒波動的其它燃燒設備 的控制。參考圖l，說明其中使用了本發(fā)明的燃氣輪機控制裝置和燃氣輪 機系統(tǒng)的燃氣輪機2。圖1示出了燃氣輪機2的示意結(jié)構(gòu)。燃氣輪機2包括一個燃氣輪機 主體部分100和一個具有燃燒室111的燃燒部分110。燃氣輪機主體部分100包括一個包含入口導流葉片102的壓縮機 101，旋轉(zhuǎn)軸103，和連接了發(fā)電機121的渦輪機104。渦輪機104的一側(cè)與燃氣供給管120連接，而另一側(cè)與向外排放燃 氣的管道系統(tǒng)連接。此外，渦輪機104在一側(cè)與壓縮機101連接，并且在另 一側(cè)與發(fā)電機121連接，二者都是經(jīng)過旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)軸103連接的。燃氣經(jīng)過燃 氣供給管120從燃燒室111提供到渦輪機104，從而將燃氣的能量轉(zhuǎn)化成實 現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動能。通過這種轉(zhuǎn)動，發(fā)電機121和壓縮機101轉(zhuǎn)動。燃氣在用
于發(fā)電之后向外排出。壓縮機101在一側(cè)與吸入外部空氣的管道系統(tǒng)連接，而另一側(cè)與一個壓縮空氣供給部分112連接。通過傳遞渦輪機104的旋轉(zhuǎn)，使得上述經(jīng) 過旋轉(zhuǎn)軸103與渦輪機104和發(fā)電機121連接的壓縮機101轉(zhuǎn)動，通過這種轉(zhuǎn) 動，將吸入到壓縮機101的外部空氣壓縮，并且經(jīng)過壓縮空氣供給部分112 提供到燃燒室lll。入口導流葉片102是提供在壓縮機101空氣吸入側(cè)的轉(zhuǎn)動葉片。通 過控制入口導流葉片102的轉(zhuǎn)動葉片的角度，即使在旋轉(zhuǎn)速度不變時，也 可以調(diào)節(jié)吸入壓縮機101中的空氣流率。如以后要說明的，旋轉(zhuǎn)葉片的控 制是通過燃氣輪機控制部分3進行的。旋轉(zhuǎn)軸103與壓縮機101、渦輪機104、和發(fā)電機121連接，以便將 渦輪機104的旋轉(zhuǎn)力傳遞到壓縮機101和發(fā)電機121。發(fā)電機121經(jīng)過旋轉(zhuǎn)軸 103與渦輪機104連接，以便將渦輪機104的轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)換成電能。除了燃燒室lll、壓縮空氣供給部分112和燃氣供給管120之外， 燃燒部分110還包括旁路空氣供給管117，旁路閥118，旁路空氣混合管119， 主燃料流控制閥113，引燃燃料流控制閥114，主燃料供給閥115，和引燃 燃料供給閥116。壓縮空氣供給部分112包括連接到壓縮機101的壓縮空氣供給管、 和將燃燒部分110的外殼(渦輪機外殼)中的空氣引導入內(nèi)的空間，以便 通過壓縮空氣供給部分112將壓縮機101中壓縮的壓縮機出口空氣提供到 燃燒室lll。旁路空氣供給管117是其一端向壓縮空氣供給部分112敞開并且 連接到壓縮空氣供給部分112，并且另一端連接到旁路閥118的管，以便使 壓縮機出口空氣中不提供到燃燒室111的部分流過旁路空氣供給管117，繞 過燃燒室lll，提供到渦輪機104。旁路閥118具有連接到旁路空氣供給管117的入口，和連接到旁路 空氣混合管119的出口，以便通過旁路閥118控制流過旁路空氣供給管117 的空氣的流率?？諝饬髀实目刂剖峭ㄟ^(以后要說明的)燃氣輪機控制部 分3執(zhí)行的。旁路空氣混合管119的一端連接到旁路閥118，而另一端連接到燃
氣供給管120，以便將已經(jīng)通過旁路閥118的空氣通過旁路混合管119提供 到燃氣供給管120,從而與燃燒室lll中產(chǎn)生的燃氣混合。主燃料流控制閥113具有連接到一個通過其供給外部燃料的管道 系統(tǒng)的入口，和連接到一個連接到多個主燃料供給閥U5的管道系統(tǒng)的出 口，以便通過主燃料流控制閥113控制從外部提供到燃燒室111的燃料的流 率。燃料流率的控制是由燃氣輪機控制部分3執(zhí)行的。通過主燃料流控制 閥113提供的燃料在燃燒室111的主燃燒器中使用。每個主燃料供給閥115具有連接到一個連接到主燃料流控制閥 113的管道系統(tǒng)的入口，和連接到一個連接到燃燒室lll的主燃燒器的管道 系統(tǒng)的出口，以便通過主燃料供給閥115控制提供到燃燒室111的主燃燒器 中的燃料。燃料流率的控制是由燃氣輪機控制部分3執(zhí)行的。引燃燃料流控制閥114具有連接到一個通過其提供外部燃料的管 道系統(tǒng)的入口，和連接到一個連接到多個引燃燃料供給閥116的管道系統(tǒng) 的出口 ，以便通過弓I燃燃料流控制閥114控制從外部提供到燃燒室111中的 燃料的流率。燃料流率的控制是由燃氣輪機控制部分3執(zhí)行的。通過引燃 燃料流控制閥114提供的燃料在燃燒室111的引燃燃燒器中使用。每個弓i燃燃料供給閥116具有連接到一個連接到弓I燃燃料流控制 閥114的管道系統(tǒng)的入口，和連接到一個連接到燃燒室lll的引燃燃燒器的 管道系統(tǒng)的出口，以便通過引燃燃料供給閥116控制提供到燃燒室的引燃 燃燒器中的燃料。燃料流率的控制是由燃氣輪機控制部分3執(zhí)行的。燃燒室111與提供空氣的壓縮空氣供給部分112、連接到提供燃料 的主燃料供給閥115的管道系統(tǒng)、連接到提供燃料的引燃燃枓供給閥116的 管道系統(tǒng)、和送出燃氣的燃氣供給管120連接，從而供給了空氣和燃料的 燃燒室lll燃燒它們以產(chǎn)生高溫、高壓燃氣。如此產(chǎn)生的燃氣被送出到渦 輪機104。燃氣供給管120的一端連接到燃燒室111，另一端連接到渦輪機 104，并且具有與旁路空氣混合管119連接的中間部分，以便通過燃氣供給 管120將燃氣和旁路空氣提供到渦輪機。上述燃燒部分110包括多個(m個)燃燒室lll。在這里，在共同 說明所有多個燃燒室lll-l至m的情況下，將燃燒室簡稱為燃燒室lll，而
在說明單個燃燒室的情況下，例如，將燃燒室稱為燃燒室lll-l (這表示第 一燃燒室)。相同的方式也應用于燃燒室lll的結(jié)構(gòu)部件和元件，g卩，旁路空氣供給管117，旁路閥118，旁路空氣混合管119，燃氣供給管120，主燃 料供給閥115，和引燃燃料供給閥116。
在如上構(gòu)造的燃氣輪機2中，壓縮機101將從外部吸入的空氣壓 縮，以提供到燃燒室lll。燃料的一部分經(jīng)過引燃燃料流控制閥114提供到 燃燒室111的引燃燃料供給閥116，以引入到燃燒室lll。此外，其余燃料經(jīng) 過主燃料流控制閥113提供到燃燒室111的主燃料供給閥115，以進入到燃 燒室lll。如此進入到燃燒室中l(wèi)ll中的空氣和燃料在此燃燒。燃燒產(chǎn)生的 燃氣引入到渦輪機104，以轉(zhuǎn)動發(fā)電機121，并且通過這種轉(zhuǎn)動能產(chǎn)生電。本實施例的燃氣輪機系統(tǒng)1包括燃氣輪機2和控制燃氣輪機2的燃 氣輪機控制部分3。
圖2是說明通過燃氣輪機控制部分3控制燃氣輪機2的功能結(jié)構(gòu)的方框圖。
在這里，為了通過燃氣輪機控制部分3控制燃氣輪機2，燃氣輪機 2包括過程數(shù)據(jù)測量部分4，壓力波動測量部分(傳感器)5，加速度測量 部分(傳感器)6,和操作機構(gòu)7。
過程數(shù)據(jù)測量部分4包括用于在燃氣輪機2操作過程中測量操作 條件或操作狀態(tài)的過程數(shù)據(jù)的各種儀表。過程數(shù)據(jù)測量部分4安裝在燃氣 輪機2的預定位置上，并且在每個預定時間tp t2，....，將測量結(jié)果輸出到 燃氣輪機控制部分的(以后說明的)控制單元IO。在這里，過程數(shù)據(jù)(工 廠狀態(tài)數(shù)據(jù))包括，例如，產(chǎn)生的電力(產(chǎn)生的電流，產(chǎn)生的電壓)，環(huán) 境溫度和濕度，在每個部分的燃料流率和燃氣壓力，在每個部分的空氣流 率和壓力，燃燒室lll中的燃氣溫度，燃氣流率，燃氣壓力，壓縮機101和 渦輪機104的轉(zhuǎn)速，渦輪機104的廢氣中排出的氮氧化物(NOx)、碳氧化 物(CO)之類的物質(zhì)的密度，等等。在這里，過程數(shù)據(jù)測量部分4不僅測 量可以操作的操作數(shù)據(jù)，例如，提供到燃氣輪機2的燃料或空氣的量，而 且也測量不可操作的不可操作狀態(tài)數(shù)據(jù)，例如，環(huán)境溫度之類的氣象數(shù)據(jù)， 由需要決定的發(fā)電機負載(MW)大小，等等。應當注意，在本實施例中， 術語"過程數(shù)據(jù)"包括操作數(shù)據(jù)(工廠數(shù)據(jù))和不可操作狀態(tài)數(shù)據(jù)。
壓力波動測量部分5包括裝配到每個燃燒室lll-l至m的壓力測量 設備。壓力波動測量部分5測量燃燒在每個燃燒室lll-l至m中產(chǎn)生的壓力 波動，并且每當在每個預定的時間tl， t2，....從控制單元IO發(fā)出命令時， 將其測量值輸入到燃氣輪機控制部分3 。加速度測量部分6包括裝配到每個燃燒室lll-l至m的加速度測量 設備。加速度測量部分6測量燃燒在每個燃燒室lll-l至m中產(chǎn)生的加速度 (秒單位的位置差)，并且每當在每個預定的時間t,， t2，....從控制單元IO 發(fā)出命令時，將其測量值輸出到燃氣輪機控制部分3。操作機構(gòu)7包括一種通過來自控制單元10的命令操作主燃料流控 制閥113和每個主燃料供給閥115-l至m的打開，從而執(zhí)行主燃料的流動控 制的機構(gòu)。整個主燃料的流動控制是通過調(diào)節(jié)主燃料流控制閥113執(zhí)行的， 每個燃燒室lll-l至m的主燃料的流動控制是通過調(diào)節(jié)每個主燃料供給閥 115-l至m執(zhí)行的。此外，操作機構(gòu)7包括通過來自控制單元IO的命令操作弓I燃燃料 流控制閥114和每個引燃燃料供給閥116-l至m的打開，從而執(zhí)行引燃燃料 流動控制機構(gòu)。整個引燃燃料流動控制是通過調(diào)節(jié)引燃燃料流控制閥114 進行，每個燃燒室lll-l至m的引燃燃料的流動控制是通過調(diào)節(jié)每個引燃燃 料供給閥116-l至m執(zhí)行的。此外，操作機構(gòu)7憑借來自控制單元10的命令操作每個旁路閥 118-l至m的打開，從而執(zhí)行提供到每個燃燒室lll-l至m中的空氣的流動控 制。具體地講，在每個燃燒室lll-l至m中，使每個旁路閥118-l至m的打開更大(或更小)，從而提高(或減小)流向旁路一側(cè)的空氣的流率，并且 借此控制提供到每個燃燒室lll-l至m的空氣的流率。此外，操作機構(gòu)7憑借來自控制單元10的命令操作入口導流葉片 102的轉(zhuǎn)動葉片的打開，從而控制提供到壓縮機101中的空氣的流率。燃氣輪機控制部分3包括控制單元10和自動調(diào)節(jié)部分(搜索和控 制部分)20。控制單元10接收從過程數(shù)據(jù)測量部分4、壓力波動測量部分5、 和加速度測量部分6輸出的測量值，并且將它們傳送到自動調(diào)節(jié)部分20。 此外，當接收到來自自動調(diào)節(jié)部分20的命令時，控制單元10輸出信號，通 過這些信號操作機構(gòu)7操作主燃料流控制閥113以及主燃料供給閥115，弓I
燃燃料流控制閥il4以及引燃燃料供給閥116,旁路閥118和入口導流葉片 102。如圖3中所示，自動調(diào)節(jié)部分20被構(gòu)造成功能地包括輸入部分21， 狀態(tài)掌握部分22,措施決定部分23，輸出部分24，頻率分析和傳感器故障 診斷部分(頻率分析部分和傳感器故障檢測部分)25，燃氣輪機故障診斷 部分(渦輪機故障檢測部分)26，燃料特性掌握部分27，燃料特性掌握部 分28，數(shù)據(jù)庫30，基本數(shù)據(jù)庫(優(yōu)先次序信息包容部分)31，和知識數(shù)據(jù) 庫32。當產(chǎn)生燃燒波動時，自動調(diào)節(jié)部分20進行控制，以便向最有效方 向改變操作數(shù)據(jù)(過程數(shù)據(jù))從而抑制波動。自動調(diào)節(jié)部分20的輸入部分21接收從過程數(shù)據(jù)測量部分4、壓力 波動測量部分5、和加速度測量部分6輸出的并且從控制單元10傳送的壓力 或加速度的過程數(shù)據(jù)。狀態(tài)掌握部分22掌握燃氣輪機2的狀態(tài)，燃燒特性 掌握部分28掌握每個燃燒室lll-l至m的燃燒特性。根據(jù)狀態(tài)掌握部分22和 燃燒特性掌握部分28掌握的狀態(tài)的內(nèi)容，措施決定部分23決定不能在燃氣 輪機2中造成燃燒波動的對策，即，是否要調(diào)節(jié)主燃料流控制閥113以及主 燃料供給閥115、引燃燃料流控制閥114以及引燃燃料供給閥116、旁路閥 118和入口導流葉片102，如果要調(diào)節(jié)，那么決定調(diào)節(jié)到什么位置和調(diào)節(jié)到 什么量。輸出部分24將對應于措施決定部分23的決定的信號輸出到控制單 元IO。以下根據(jù)實際執(zhí)行的處理步驟的流程說明上述自動調(diào)節(jié)部分20的功能。圖4是顯示實現(xiàn)根據(jù)預先引入燃氣輪機控制部分3的程序執(zhí)行的 自動調(diào)節(jié)部分20的功能的處理步驟的流程的流程圖。這些處理步驟結(jié)合成 程序的一部分以操作燃氣輪機2，并且，在操作燃氣輪機2的同時，在每個預定的時間執(zhí)行這些步驟的序列。首先，輸入部分21接收從過程數(shù)據(jù)測量部分4、壓力波動測量部 分5、和加速度測量部分6輸出的并且從控制單元10傳送的壓力和加速度的 過程數(shù)據(jù)的輸入(步驟SIOI)。然后，輸入部分21將這些數(shù)據(jù)傳送到狀態(tài) 掌握部分22、頻率分析和傳感器故障診斷部分25、燃氣輪機故障診斷部分
26、和燃料特性掌握部分27。燃料特性掌握部分27掌握過程數(shù)據(jù)測量部分4測量的要提供到燃 氣輪機2的燃料的特性(步驟S102)。例如，將提供給燃氣輪機2的燃料存 儲在罐(未示出)中的同時，隨著時間過去，在構(gòu)成罐中的燃料的組成成 分中，重分子沉降而輕分子上升，并且根據(jù)罐中剩余的燃料，提供到燃氣 輪機2的燃料的組成成分(卡路里)發(fā)生改變。因此，當措施決定部分23 決定措施(燃料與空氣比的提高或減小)時，優(yōu)選在決定中增加對應于此 時提供到燃氣輪機2的燃料的組成成分的調(diào)節(jié)。為此，過程數(shù)據(jù)測量部分4在從罐到燃氣輪機2的燃料系統(tǒng)中包括一個熱量計或燃料組成成分的測量設備。根據(jù)如此獲得的燃料的卡路里或 組成成分，燃料特性掌握部分27決定提高或降低燃料-空氣比的調(diào)節(jié)量或數(shù) 據(jù)，并把它輸出到狀態(tài)掌握部分22。并不需要通過過程數(shù)據(jù)測量部分4實時地測量燃料的卡路里或組 成成分，但是，也可以使用預先測量罐中燃料的剩余量與燃料組成成分變 化之間的關系，并且據(jù)此準備用于決定調(diào)節(jié)量的表或圖表的方法。在這種 情況下，過程數(shù)據(jù)測量部分4測量罐中燃料剩余量，并且根據(jù)如此測量的 燃料的剩余量，燃料特性掌握部分27決定增大或減小燃料與空氣比的調(diào)節(jié) 量。此外，不需要將燃料存儲在罐中，而是可以從管線提供，并且，在這 種情況下，也可以用類似的方式?jīng)Q定調(diào)節(jié)量。然后，燃氣輪機故障診斷部分29診斷燃氣輪機2中是否存在故障 (步驟S103)。為此目的，燃氣輪機故障診斷部分29從輸入部分21接收過程數(shù)據(jù) 測量部分4測量的燃氣輪機2的每個部分中的溫度或流率的數(shù)據(jù)，并且根據(jù) 這種數(shù)據(jù)，判斷是否存在燃氣輪機2的故障。例如，如果燃氣輪機的一個 特定部分的溫度增加到一個預定閾值以上，或特定部分的流率降低到預定 閾值以下，等等，那么判斷燃氣輪機2本身中存在故障。燃氣輪機故障診斷部分26將診斷的結(jié)果，g卩，是否存在燃氣輪機 2的故障的結(jié)果，傳送到狀態(tài)掌握部分22。在這里，如果從燃氣輪機故障診斷部分26傳送出燃氣輪機2中存 在故障的診斷結(jié)果，那么燃氣輪機控制部分3通過諸如警報器或警告燈之
類的通知裝置，將燃氣輪機2中存在故障的消息通知操作人員等等(步驟 S104)，并且步驟不前進到燃料與空氣比的調(diào)節(jié)過程，等等。在發(fā)現(xiàn)燃氣輪機2中沒有故障的情況下，頻率分析和傳感器故障 診斷部分25執(zhí)行內(nèi)部壓力波動或加速度的頻率分析，以及傳感器故障診斷 (步驟S105)。頻率分析和傳感器故障診斷部分25根據(jù)每個燃燒室lll-l至m中 壓力波動測量部分5測量的壓力波動的測量值，進行壓力波動(振動)的 頻率分析(快速傅里葉變換FFT)。圖5示出了頻率分析和傳感器故障診斷部分25根據(jù)壓力波動測量 部分5測量的壓力波動的測量值進行的頻率分析的結(jié)果的一個例子。水平 軸示出了頻率，垂直軸示出了波動的強度(電平)。如圖5中所示，燃燒室 lll中產(chǎn)生的燃燒波動(壓力波動和加速度波動)具有多個其中產(chǎn)生了波 動的頻帶。由于每個頻率的波動是由各自的復雜原因造成的，所以憑借簡單 的標準控制或僅憑借一個參數(shù)的控制很難抑制波動。此外，根據(jù)頻率，對 燃氣輪機2造成的影響是不同的。因此，在相同波動強度的情況下，即使 措施在某些頻率上可行，但是決不意味著在其它頻率上可行。從這點出發(fā)， 需要相對于對應于波動的頻率的多個參數(shù)進行燃氣輪機2的操作條件的控 制。因此，如圖6中所示，在頻率分析和傳感器故障診斷部分25中， 將內(nèi)部壓力波動或加速度的頻率分析的結(jié)果劃分成多個(ri個)頻帶，以 便作為劃分成頻帶的分析結(jié)果輸出。應當注意，頻率分析和傳感器故障診 斷部分25也可以根據(jù)加速度測量部分6測量的加速度的測量值進行加速度的頻率分析。在這里，頻帶是一個頻率分析和傳感器故障診斷部分25可以通過 其根據(jù)頻率分析的結(jié)果執(zhí)行它的功能的最小單位的頻率區(qū)。首先，決定要 在其中勘測壓力和加速度的波動的頻率的范圍。例如，在圖5中，由于波 動主要發(fā)生在0至5000Hz的范圍，所示將頻率的范圍設定到0至5000Hz，并 且將這個頻率范圍劃分成n個適當大小的頻帶。例如，如果將頻率范圍除 以50Hz，那么n等于100 (n-lOO)。
應當注意，這個頻帶不必是恒定大小的。頻率分析和傳感器故障診斷部分25將如上所述地獲得的劃分成 壓力和加速度的頻帶的分析結(jié)果輸出到狀態(tài)掌握部分22。頻率分析和傳感器故障診斷部分25也診斷壓力波動測量部分5或 加速度測量部分6的壓力測量設備或加速度測量設備本身，或?qū)毫y量 設備或加速度測量設備輸出的數(shù)據(jù)輸入到輸入部分21的數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)中 是否存在故障。圖7 (a)至(c)示出了在壓力測量設備或加速度測量設備中， 或數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)中存在故障的情況下，作為頻率分析和傳感器故障診斷部 分25執(zhí)行的頻率分析的結(jié)果輸出的分析結(jié)果的例子。在圖7 (a)中，在參考字母(A)示出的部分中，出現(xiàn)了電源頻 率分量的噪聲(例如，60Hz)。此外，在圖7 (b)中，與原始電平(見圖5) 相比，隨機狀態(tài)的噪聲加到整個頻帶，整個電平提高。此外，在圖7 (c) 中，在參考字母(B)出示的部分中，即，在小于數(shù)十Hz的頻率區(qū)中，加 上了脈沖形狀的，特別是直流分量的噪聲，從而提高了整個頻帶上的電平。 或者，如果壓力測量設備或加速度測量設備本身出現(xiàn)故障，那么整個頻帶 上的電平降低。頻率分析和傳感器故障診斷部分25判斷波動電平是否偏離預定 的范圍，如果發(fā)現(xiàn)偏離，那么判斷壓力測量設備或加速度測量設備中或數(shù) 據(jù)傳送系統(tǒng)中存在故障，并且把判斷結(jié)果輸出到狀態(tài)掌握部分22。在頻率 分析和傳感器故障診斷部分25中，設定一個閾值，以便如果得到上述圖形 的分析結(jié)果，那么檢測到這種情況，從而判斷壓力測量設備或加速度測量 設備本身或數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)中是否存在故障，并且將其分析結(jié)果輸出到狀態(tài) 掌握部分22。應當注意，如果在頻率分析和傳感器故障診斷部分25中提供多組 壓力測量設備和加速度測量設備，那么通過比較多組壓力測量設備和加速 度測量設備的測量結(jié)果，那么也可以判斷多組壓力測量設備和加速度測量 設備中或從壓力測量設備和加速度測量設備輸出的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng) 中是否存在故障。例如，提供多組(奇數(shù)的)壓力測量設備和加速度測量 設備，如果得到不同的分析結(jié)果，那么可以采用多數(shù)組獲得的最頻繁的分 析結(jié)果。此外，加速度測量部分6檢測燃燒室111本身的振動，并作為加速 度，從而一個單一的加速度測量部分6可以監(jiān)視多個燃燒室111中產(chǎn)生的燃 燒波動。因此，即使判斷提供在一個燃燒室111中的壓力測量部分5中的一 個傳感器出現(xiàn)故障，加速度測量部分6也可以檢測燃燒波動。如果提供多 個加速度測量部分6，那么即使壓力波動測量部分5沒有檢測到燃燒波動， 至少兩個加速度測量部分6檢測燃燒波動，并且判斷存在燃燒波動，從而 提高了可靠性。此外，如果壓力波動測量部分5和加速度測量設備6都檢測 到燃燒波動，那么判斷存在燃燒波動，從而可以提高可靠性。返回到處理步驟，在上述步驟序列是第二循環(huán)或后續(xù)循環(huán)的情況 下，如果在以前處理循環(huán)中進行了任何調(diào)節(jié)，那么開始如此執(zhí)行的調(diào)節(jié)的 效果的評價(步驟S106)。首先，狀態(tài)掌握部分22將劃分成壓力和加速度頻帶的分析結(jié)果與 預定閾值比較(步驟S107)。在這里，對于每個頻帶l至n，閾值不必總是一個數(shù)。也就是說， 可以準備多個閾值。 一般將一個閾值用于判斷現(xiàn)行的燃燒波動是否處于需 要立即調(diào)節(jié)的狀態(tài)(這個閾值稱為管理值)。但是，除了這個用途之外， 可以使用這樣的一個閾值判斷現(xiàn)行的燃燒波動是否處于不需要立即調(diào)節(jié) 的狀態(tài)，也就是說，盡管是現(xiàn)行的，但是僅出現(xiàn)了燃燒波動的前兆。與閾值比較的結(jié)果，如果沒有偏離管理值并且仍然沒有燃燒波動 的先兆，那么根據(jù)過程數(shù)據(jù)測量部分4測量的過程數(shù)據(jù)，判斷燃氣輪機2的 操作狀態(tài)是否已經(jīng)從以前的處理循環(huán)改變(步驟S108)。判斷的結(jié)果，如 果操作狀態(tài)沒有改變，步驟返回到步驟SIOI,并且開始下一個處理循環(huán)。 另一方面，如果操作狀態(tài)有所改變，那么將以前處理循環(huán)中進行的調(diào)節(jié)的 內(nèi)容和作為其結(jié)果改變的操作狀態(tài)的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫30中作為添加的和更新的數(shù)據(jù)(步驟S109)。此外，作為步驟S107中與閾值比較的結(jié)果，如果判斷偏離管理值或存在燃燒波動的先兆，那么同樣地將以前處理循環(huán)中進行的調(diào)節(jié)的內(nèi)容 和作為其結(jié)果改變的操作狀態(tài)的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫30中作為添加的和更新的數(shù)據(jù)(步驟SllO)。
在步驟S109和S110中，例如，用圖8中所示的方式分類存儲在數(shù) 據(jù)庫30中的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)庫30中，以時間序列分類過程數(shù)據(jù)和每個頻帶的 波動強度的最大值Yin。也就是說，在數(shù)據(jù)庫30中，在每個時間tp t2，...調(diào)整和分類過程數(shù)據(jù)和每個頻帶的波動強度的最大值Yin。如果將這些數(shù)據(jù)一個接一個地從控制單元10和頻率分析和傳感器故障診斷部分25發(fā)送到 數(shù)據(jù)庫30，那么這些數(shù)據(jù)被附加地存儲在數(shù)據(jù)庫30中。要存儲在數(shù)據(jù)庫30 中的波動強度的數(shù)據(jù)可以僅是壓力波動的，或僅是加速度波動的，或壓力 波動和加速度波動二者。圖8示出了，在時間tp旁路閥118的閥開口是X,w，引燃比率是 X12.,，大氣溫度是X2,.p和發(fā)電機負載(MW)是X2w，并且也示出了第 一頻帶的波動強度的最大值是Yu.p第二頻帶的波動強度的最大值是Y^， 和第n頻帶的波動強度的最大值是Y^。同樣，圖8示出了，在時間t2，旁路閥118的閥開口是Xu.2，引燃 比率是X仏2，大氣溫度是乂21_2，和發(fā)電機負載(MW)是X22.2，并且也示 出了第一頻帶的波動強度的最大值是Yu.2，第二頻帶的波動強度的最大值是Yu.2和第n頻帶的波動強度的最大值是Yin-2。同樣，圖8示出了，在時間tn，旁路閥118的閥開口是X^n，引燃比率是X,h,大氣溫度是X2M，和發(fā) 電機負載(MW)是X2h，并且也示出了第一頻帶的波動強度的最大值是Yu力，第二頻帶的波動強度的最大值是Y^n和第n頻帶的波動強度的最大值如上所述，圖8中Xu.p X .2， Xu.n等的參考下標號對應于各自的 時間tp t2， tn。在本實施例中，由于可以不區(qū)別時間tp t2和tn地共同進行說明，因此，；省略了參考下標號的賦予。如前面說明的，由于在步驟S107中與閾值比較的結(jié)果，如果判斷偏離了管理值或存在燃燒波動的先兆，那么計算現(xiàn)行燃燒波動的特性(步驟Slll)。為此目的，在燃燒特性掌握部分28中，根據(jù)都存儲在數(shù)據(jù)庫30中 的、來自頻率分析和傳感器故障診斷部分25的劃分成壓力和加速度的頻帶 的分析結(jié)果,和來自過程數(shù)據(jù)測量部分4的過程數(shù)據(jù)，構(gòu)造用于建立燃燒 特性模型的公式模型。應當注意，以下說明的燃燒特性掌握部分28的基本
功能在專利文獻3(本申請人的日本專利申請公開2002-47945)中也有說明。 例如，其中m是燃燒室的數(shù)量，n是要建模的頻帶的數(shù)量，內(nèi)部壓 力波動是通過下面等式(1)的多次回歸模型建模的-<formula>formula see original document page 21</formula>(j ) 在這里Yij:第i燃燒室(i=l，2，...,m)的第j頻帶(j-l,2,…,n)的最大振幅值；X11:操作數(shù)據(jù)l (在本例中，是旁路閥118的閥開度)的值；X12:操作數(shù)據(jù)2 (在本例中，是引燃比率)的值；X21:不可操作狀態(tài)數(shù)據(jù)l (在本例中，是氣象數(shù)據(jù))的值；X22:不可操作狀態(tài)數(shù)據(jù)2 (在本例中，是發(fā)電機負載(MW))的值；ay O,aij， l,ajj， 2 3，ay， 4:系數(shù)參數(shù)。燃燒特性掌握部分28使用在數(shù)據(jù)庫30中的、為每個時間(t,，t2，...) 調(diào)整和分類的最大振幅值Yij，操作數(shù)據(jù)Xn， X12，和不可操作狀態(tài)數(shù)據(jù)乂21， X22，并且獲得上述等式(1)的系數(shù)參數(shù)aij， Oaj， lAj， 2，aij， 3，aij， 4。 例如，使用了最小二乘方法作為系數(shù)參數(shù)aij， O，ajj, l,ajj， 2,aij， 3,aij， 4的解。在這里，最大振幅值Yij是通過頻率分析和傳感器故障診斷部分25 對壓力波動測量部分5和加速度測量部分6測量的測量結(jié)果的數(shù)據(jù)進行A/D 變換，將頻率分析結(jié)果劃分成n個頻帶，并且獲得有關各個頻帶的、在某 個時間點(ti， t2,...)的最大振幅，而獲得的最大振幅值。在圖6中，示出了第一頻帶的最大振幅值是Yn，第二頻帶的最大 振幅值是Yi2，和第n頻帶的最大振幅值是Y^。應當注意，在上面為了方便說明，給予了模型等式2個操作數(shù)據(jù) 變量，和2個不可操作狀態(tài)數(shù)據(jù)變量，但是，變量不必限于2。此外，作為 模型結(jié)構(gòu)，說明了一個線性一階方程式，但是，可以使用二階或更高階的 高階模型，或神經(jīng)網(wǎng)絡的非線性模型，等等。此外，模型等式是借助于使
用從燃氣輪機2輸入的操作數(shù)據(jù)和不可操作狀態(tài)數(shù)據(jù)的方法說明的，但是，也可以使用根據(jù)質(zhì)量平衡定律轉(zhuǎn)換的值。燃燒特性掌握部分28使用上述為每個時間b t2，...獲得的公式模 型(1),并且得到一個易于產(chǎn)生燃燒波動的區(qū)。例如，在操作數(shù)據(jù)l，操作數(shù)據(jù)2，不可操作狀態(tài)數(shù)據(jù)l，和不可操作狀態(tài)數(shù)據(jù)2分別是X'u， X'12， X'^和X'22時，通過下面的等式(2)得到第i燃燒室的第j頻帶的內(nèi)部壓力波動預測值Y,7V = .,0 + ，lxA^ 11 + ，2xA^'i2 + ，3xA^'21 + ，4xA^'22… ( )如上所述，系數(shù)參數(shù)aij， O,aij， l,ajj， 2,a;j， 3,ay， 4是通過，例如， 最小二乘方法得到的。如圖6中所示，對應于燃燒室的結(jié)構(gòu)以及周圍環(huán)境，給第i燃燒室 的第j頻帶(頻帶l至n)的最大振幅值提供了閾值Zjp Zi2， ...Zin。這些閾 值包容在頻率分析和傳感器故障診斷部分25中。在這里Zu， Zi2，…Zin是顯 示每個頻帶中允許的最大波動強度的值。例如，這些閾值是根據(jù)是否有與 該頻率的振動共振的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)，是否有可能損壞的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)，可允許 怎樣程度的波動強度，等等，決定的。其中Zij是從頻率分析和傳感器故障診斷部分25輸出的第i燃燒室的第j頻帶的最大振幅值的閾值，存在著滿足以下等式(3)的X'u， X'12，X2i和X22JZV = ，0 + ，U、1十 ，2;c^'i2 + ，3x^'2i + .，4x^,22… (3)如果不可操作狀態(tài)數(shù)據(jù)1和不可操作狀態(tài)數(shù)據(jù)2的值從控制單元 10輸入到燃燒特性掌握部分28，那么等式(3)中所有不是X'u和X'u的因 數(shù)成為常數(shù)，并且可以容易地得到滿足等式(3)的(X ， X'12)。如果控制單元10給出增益ctk (k-l，2，…p),那么可以使用以下等式(4): ....ct A = ，0 + ,lxAT'u + ，2;du + cr,).，3xA!"'21 + ，4x^'22…(斗)如果通過等式(4)得到(X ， X'12)，那么可以得到每個燃燒室 的每個頻帶的數(shù)量P的線。這顯示在圖9中，其中水平軸是Xn，垂直軸是 X12。在這里，如果系數(shù)參數(shù)aij,2是正的，那么每條線的上方是易于產(chǎn)生燃 燒波動的區(qū)，而下方是幾乎不會產(chǎn)生燃燒波動的區(qū)。相反，如果系數(shù)參數(shù)aij,2是負值，那么每條線的下方是易于產(chǎn)生燃燒波動的區(qū)，而上部是幾乎 不會產(chǎn)生燃燒波動區(qū)。在燃燒特性掌握部分28中，通過使用都是從控制單元10輸出的， 第i燃燒室的第j頻帶的最大振幅值的閾值Zjj、增益""和除了兩種特定數(shù) 據(jù)(即，作為實際操作結(jié)果的，每個時間tp t2，...的不可操作狀態(tài)數(shù)據(jù) X2!和X22)之外的變量的值(即，作為實際操作結(jié)果的，每個時間t,， t2，... 的Xn和Xu)，以及通過使用通過最小二乘方法得到的系數(shù)參數(shù)aij， 0,aij， l,ay， 2，aij， 3，aij， 4，可以獲得所有燃燒室的所有頻帶的上述線。然后，根 據(jù)線性規(guī)劃法的過程，最終得到易于產(chǎn)生燃燒波動的區(qū)和不易產(chǎn)生燃燒波 動的區(qū)。如10示出了通過燃燒特性掌握部分28得到的燃燒波動的區(qū)的例 子，其中水平軸是Xu,垂直軸是X,2。在這個例子中，用類似于每個增益 a k的輪廓線的線來表示燃燒波動的區(qū)，由線包圍的中央?yún)^(qū)是不易產(chǎn)生燃燒 波動的區(qū)，而其外側(cè)的區(qū)是易于產(chǎn)生燃燒波動的區(qū)。應當注意，如上所述，由于為了便于說明己經(jīng)將操作數(shù)據(jù)限制到 兩個變量，所以圖10是以二維坐標示出的，但是，如果用N個變量設置操 作數(shù)據(jù)，那么可以在N-維坐標的空間中表示區(qū)。當從狀態(tài)掌握部分22輸入調(diào)節(jié)命令時，措施決定部分23響應這個 調(diào)節(jié)命令，以便決定用于調(diào)節(jié)現(xiàn)行操作狀態(tài)(Xu=xa， X12=xb)的措施的 內(nèi)容(采取措施的地點，和調(diào)節(jié)量或數(shù)據(jù))(步驟S112)。此時，如果多個頻帶中的最大振幅值超過對應的閾值(zn,zi2，....， Zin)，那么根據(jù)預先決定的并且存儲在基本數(shù)據(jù)庫31中的優(yōu)先權(quán)次序(優(yōu) 先次序)，對高優(yōu)先次序的頻帶進行調(diào)節(jié)。在本例中，是這樣設定的，將 最高優(yōu)先權(quán)給予最低的頻帶，然后從高頻率一側(cè)的頻帶順序地給予優(yōu)先 權(quán)。原因在于，如果在最低頻帶中產(chǎn)生燃燒波動，那么很可能燃氣輪機2 處于火焰可能容易熄滅的狀態(tài)，并且在較高的頻帶中，燃燒波動的能量大 到足以產(chǎn)生壞的影響的程度，例如，造成損壞，等等。在選擇了要調(diào)節(jié)的頻帶之后，決定調(diào)節(jié)量。為此目的，措施決定 部分23通過一種優(yōu)化措施決定現(xiàn)行操作狀態(tài)(X =xa， X12=xb)的調(diào)節(jié)方 向。在這里，說明了使用最陡下降法(鞍點法)作為優(yōu)化措施的例子，但 是優(yōu)化措施不限于最陡下降法。 艮口，措施決定部分23參考通過燃燒特性掌握部分28得到的圖10， 并且，如圖10中所示，畫一條正交于顯示現(xiàn)行操作狀態(tài)(X =xa， X12=xb) 的點Q,的、更靠中央部分一側(cè)的線(a 2=0.8)的假想線L，直到假想線L 穿過a2的線包圍的區(qū)域，并且到達點Q2 (X =xe， X12=xd),在點Q2假想線 L與ci2的線相交。然后，延長假想線L，正交于更靠近點Q2的中央部分一 側(cè)的線(a 3=0.6)。措施決定部分23從點(^畫出并且經(jīng)過點Q2延長假想線 的方向就是措施決定部分23決定的調(diào)節(jié)方向。此時，如果燃燒特性掌握部分28不能充分地掌握燃燒特性，那么 措施決定部分23可以根據(jù)存儲在知識數(shù)據(jù)庫32中的、包含過去進行的調(diào)節(jié) 和有關作為調(diào)節(jié)的結(jié)果而在燃氣輪機2的操作狀態(tài)中產(chǎn)生的變化的信息， 決定調(diào)節(jié)的方向。此外，如果由于任何原因，例如，緊接著燃氣輪機2安裝之后， 數(shù)據(jù)庫30中沒有存儲足夠的數(shù)據(jù)，那么可以使用存儲在基本數(shù)據(jù)庫31和知 識數(shù)據(jù)庫32中的數(shù)據(jù)決定調(diào)節(jié)的方向。在這里，在基本數(shù)據(jù)庫31中，存儲了一個顯示作為從已經(jīng)安裝和 操作的另一相同類型的燃氣輪機2收集的數(shù)據(jù)的分析結(jié)果得到的標準燃燒 特性的公式模型，有關燃氣輪機2的操作的限制信息，等等。例如，限制 信息是為了避免熄火或逆火等的燃料與空氣比的極限值。此外，在知識數(shù) 據(jù)庫32中，存儲了包含根據(jù)熟練調(diào)節(jié)操作人員的經(jīng)驗(技術訣竅)設定的 問題征兆的經(jīng)驗信息，和有關解決這些征兆的有效措施的信息。措施決定 部分23可以根據(jù)這些存儲在基本數(shù)據(jù)庫31和知識數(shù)據(jù)庫32中的顯示標準 燃燒特性、限制信息、經(jīng)驗信息、等等的公式模型，決定調(diào)節(jié)的內(nèi)容。例如，在圖11中，如果決定對第一頻帶進行調(diào)節(jié)，首先打幵旁路 閥118是第一優(yōu)先措施。如果即使在多次處理循環(huán)之后燃燒波動依然存在， 或如果由于操作條件的限制不能采取措施，那么執(zhí)行提高引燃比率作為第 二優(yōu)先措施。自然，即使燃燒特性掌握部分28充分地掌握了燃燒特性，也 可以利用存儲在基本數(shù)據(jù)庫31中的限制信息決定調(diào)節(jié)方向及調(diào)節(jié)量。應當注意，當進行上述調(diào)節(jié)時，措施決定部分23可以根據(jù)狀態(tài)掌 握部分22從燃料特性掌握部分27得到的燃料特性的數(shù)據(jù)，增加對應于有效 燃料特性的校正。
通過下一個處理循環(huán)的步驟S107至S110，評價根據(jù)存儲在基本數(shù) 據(jù)庫31和知識數(shù)據(jù)庫32中的信息執(zhí)行的調(diào)節(jié)內(nèi)容，和作為調(diào)節(jié)結(jié)果的燃氣 輪機2的狀態(tài)的變化，并且存儲(反映)在數(shù)據(jù)庫30中，并且，如果它們 與知識數(shù)據(jù)庫32的經(jīng)驗信息不同，那么利用它們作為其更新數(shù)據(jù)。然后，輸出部分24將顯示措施決定部分23決定的調(diào)節(jié)方向的數(shù)據(jù) 輸出到控制單元IO (步驟S113)。當接收到這種數(shù)據(jù)時，根據(jù)從輸出部分24輸入的上述顯示調(diào)節(jié)方 向的數(shù)據(jù)，控制部分10控制操作機構(gòu)7，以便分別操作主燃料流控制閥113、 引燃燃料流控制閥114、旁路閥118、和入口導流葉片102，并且改變旁路 閥開度Xu和引燃比率Xu。 g口，對于從輸出部分24輸入的、以便將假想線L 從點Q,移動到點Q2的調(diào)節(jié)命令，控制部分10控制主燃料流控制閥113、引 燃燃料流控制閥114、旁路閥118、和入口導流葉片102中的至少任何一個，從而將旁路閥開度Xn從Xa改變到Xe，并且把引燃比率X,2從Xb改變到Xd。此外，對于假短線L從點Q2進一步延長的方向的調(diào)節(jié)命令，同樣地分別改變旁路閥開度Xu和引燃比率Xj2。在這里，引燃比率X,2是引燃燃料流率/整個燃料流率的比率。整個燃料流率是主燃料流率和引燃燃料流率的和。因此，如果要提高引燃比率X,2，那么控制單元10可以進行調(diào)節(jié)，以便減小整個燃料流率而不改變弓I燃燃料流率，或提高引燃燃料流率而不改變整個燃料流率。在燃氣輪機2的操作中，在每個時間tp t2，..'重復執(zhí)行上述步驟 S101至S113的處理序列。根據(jù)本實施例，控制了燃氣輪機的操作，并且可以抑制燃燒波動。 此時，如果在多個頻帶中產(chǎn)生燃燒波動，那么進行調(diào)節(jié)以便抑制對應于預 定的優(yōu)先次序的高優(yōu)先次序的頻帶的燃燒波動。從而，有效地抑制了高度 緊急的頻帶的燃燒波動，和能夠維持很好的燃燒。此外，在進行了調(diào)節(jié)之后，如果燃氣輪機2的狀態(tài)發(fā)生改變，那 么將其反射到數(shù)據(jù)庫30中。從而，隨著時間過去，可以存儲諸如要進行何 種調(diào)節(jié)和燃氣輪機2對其表現(xiàn)出何種反應之類的信息，并且可以采取適當 的措施。此外，緊接著燃氣輪機2的安裝之后，如果尚未在數(shù)據(jù)庫中存儲 足夠的數(shù)據(jù)，那么根據(jù)顯示通過分析從另一個相同類型的燃氣輪機2收集
的數(shù)據(jù)得到的并且包含在數(shù)據(jù)庫31中的標準燃燒特性或限制信息，以及根 據(jù)包含在知識數(shù)據(jù)庫32中的有關熟練調(diào)節(jié)操作人員的經(jīng)驗的經(jīng)驗信息，執(zhí) 行調(diào)節(jié)。因此，可以從緊接著燃氣輪機2安裝之后執(zhí)行高度可靠的控制。 此外，如果根據(jù)調(diào)節(jié)的內(nèi)容和由于調(diào)節(jié)的結(jié)果燃氣輪機2的狀態(tài)發(fā)生的改 變，更新包含在基本數(shù)據(jù)庫31或知識數(shù)據(jù)庫32中的限制信息和基于熟練調(diào) 節(jié)操作人員的經(jīng)驗信息的數(shù)據(jù)，那么可以校正不是基于足夠的過去的實際 例子的不確定的限制信息或經(jīng)驗信息，并且可以進行更適當?shù)目刂?。如?校正這種限制信息或經(jīng)驗信息，并且把作為利用校正的信息調(diào)節(jié)的結(jié)果的 燃氣輪機2的反應存儲在數(shù)據(jù)庫30中，那么可以使限制信息或經(jīng)驗信息更 為可靠。此外，如果燃氣輪機2本身產(chǎn)生故障，那么即使檢測到故障，壓 力波動測量部分5或加速度測量部分6也不對其進行調(diào)節(jié)。從而，故障可以 迅速地引起注意，并且可以避免錯誤方向的調(diào)節(jié)。此外，在燃氣輪機2本 身發(fā)生故障的情況下，壓力波動測量部分5或加速度測量部分6不執(zhí)行將調(diào) 節(jié)的信息存儲在數(shù)據(jù)庫30中。此外，通過增加對應于燃料組成的變化的調(diào)節(jié)，可以進一步穩(wěn)定 燃燒狀態(tài)。在上述燃氣輪機系統(tǒng)l中，可以構(gòu)造自動調(diào)節(jié)部分20，以具有如 下所示的最佳操作條件搜索功能。在這里，假設燃氣輪機2在沒有燃燒波動的穩(wěn)定狀態(tài)下穩(wěn)定地操 作，對操作調(diào)節(jié)進行各種不同的改變，并且在自動調(diào)節(jié)部分20中自動地搜 索較好的操作條件，優(yōu)選是最佳操作條件。此時，為了實現(xiàn)較好或最佳操作條件，盡管不造成燃燒波動的穩(wěn) 定性具有重要意義，但是最好是不僅考慮穩(wěn)定性，而且還要考慮操作的經(jīng) 濟性，環(huán)境保護性能，和系統(tǒng)的每個部分的壽命，以獲得最佳操作條件。此外，在改變操作條件時，根據(jù)過去存儲的數(shù)據(jù)，預測改變操作 條件的情況下燃燒狀態(tài)的變化，并且僅在斷定即使在改變之后也不會產(chǎn)生 燃燒波動的情況下才改變操作條件。此外，如果由于改變操作條件的結(jié)果產(chǎn)生了燃燒波動，那么使燃 燒波動收斂。此后，改變操作條件的變化范圍，并且可以再次執(zhí)行操作條
件的搜索。此外，如果在最好不改變操作條件的情況下，那么可以從外部 停止操作條件的搜索。此外，在燃氣輪機系統(tǒng)l的啟動和停止時，自動調(diào)節(jié)部分20可以 同樣地搜索操作條件，并且可以獲得一個最佳操作條件。圖12是顯示實現(xiàn)上述功能的自動調(diào)節(jié)部分20的構(gòu)造的視圖。如圖 12中所示，作為實現(xiàn)搜索功能的結(jié)構(gòu)，自動調(diào)節(jié)部分20包括輸入部分21， 狀態(tài)掌握部分22，輸出部分24，燃燒特性掌握部分28，數(shù)據(jù)庫30，和知識 數(shù)據(jù)庫32，這些與圖3中所示的構(gòu)造相同。此外，為了通過改變?nèi)紵龡l件 以進行搜索，自動調(diào)節(jié)部分20功能地包括一個計算用于調(diào)節(jié)提供到燃燒室 111的燃料和空氣中的至少一個的流率的校正量或數(shù)據(jù)的校正量計算部分 40， 一個將內(nèi)部壓力波動或加速度的頻率的分析結(jié)果劃分成如圖6中所示 的多個(n個)頻帶、并且輸出劃分成頻帶的分析結(jié)果的頻率分析部分41， 一個根據(jù)過程數(shù)據(jù)測量部分4測量的過程數(shù)評價每個部分的性能以及據(jù)評 價每個部分的壽命的性能和壽命評價部分42，和一個根據(jù)從外部輸入的停 止命令停止改變操作條件的停止命令輸入部分43。接下來，沿實際處理過程的流程說明自動調(diào)節(jié)部分20的上述搜索功能。圖13是顯示根據(jù)預先在燃氣輪機控制部分3中引入的程序，實現(xiàn) 自動調(diào)節(jié)部分20的功能的處理過程的流程圖。包含這個處理過程作為操作 燃氣輪機2的程序的一部分，并且在滿足預定條件下操作燃氣輪機2的同 時，執(zhí)行一系列步驟。預定條件包括，例如條件l:發(fā)電機121在負載調(diào)整狀態(tài)，在這種狀態(tài)下發(fā)電機121的輸出持續(xù)保持在預定閾值的范圍內(nèi)預定的時間周期。條件2:在預定時間周期中沒有發(fā)生燃燒波動。即，在步驟S107 中，在斷定沒有偏離管理值或出現(xiàn)燃燒波動前兆的調(diào)節(jié)的狀態(tài)持續(xù)了預定 時間周期或更長。條件3:吸入空氣的溫度持續(xù)保持在預定閾值的范圍內(nèi)預定的時間周期。條件4:操作人員選擇了一種允許開始搜索的搜索允許模式。 當要開始搜索過程時，輸入部分21首先接收從過程數(shù)據(jù)測量部分 4、壓力波動測量部分5、和加速度測量部分6輸出的、并且從控制單元IO 傳送的過程數(shù)據(jù)和壓力或加速度的數(shù)據(jù)的輸入(步驟S201)。然后，輸入 部分21將這些數(shù)據(jù)傳送到狀態(tài)掌握部分22和頻率分析部分41 。接下來，頻率分析部分41進行內(nèi)部壓力波動或加速度的頻率分析 (步驟S202)。與圖4的步驟S105相同，頻率分析部分41根據(jù)在每個燃燒室111-1 至m中的壓力波動測量部分5測量的壓力波動測量值進行壓力波動(振動) 的頻率分析(FFT)。頻率分析部分41將劃分成作為分析結(jié)果而獲得的壓力 或加速度的頻帶的分析結(jié)果輸出到狀態(tài)掌握部分22。狀態(tài)掌握部分22接收來自輸入部分21的過程數(shù)據(jù)和壓力或加速 度的數(shù)據(jù)，并且將它們傳送到性能和壽命評價部分42。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，性 能和壽命評價部分42通過發(fā)電機121的電力產(chǎn)生量與燃料的供給量的比率 來計算熱效率，并且計算燃氣輪機系統(tǒng)l每個單元的效率(單元效率)，例 如，壓縮機101的絕熱效率等等，并且將計算結(jié)果返回到狀態(tài)掌握部分22 (步驟S203)。此外，性能和壽命評價部分42根據(jù)燃氣輪機系統(tǒng)1的總操作時間、 負載滯后作用等等計算燃氣輪機系統(tǒng)l的每個單元的消耗的壽命，并且根 據(jù)通過改變操作條件預測的負載計算每個單元的剩余壽命(步驟S204)。 性能和壽命評價部分42將計算的壽命信息返回到狀態(tài)掌握部分22。然后，在處理第二或后續(xù)時間的情況下，將在該時間從輸入部分 21輸出的過程數(shù)據(jù)和壓力或加速度的數(shù)據(jù)和在頻率分析部分41劃分成壓力或加速度的頻帶的分析結(jié)果與顯示包括在過程數(shù)據(jù)中的操作條件的數(shù) 據(jù)，即，操作數(shù)據(jù)(工廠數(shù)據(jù))，相關聯(lián)，并且附加地存儲在數(shù)據(jù)庫30中 (步驟S205)。.當要把數(shù)據(jù)添加到數(shù)據(jù)庫30時，如果滿足一個預定的標準，那么 刪除過去的數(shù)據(jù)。具體地講，如果如圖14中所示那樣將操作條件繪圖，那 么將每個參數(shù)(過程數(shù)據(jù))的數(shù)據(jù)劃分成多個部分，以便將繪圖區(qū)分割稱 多個格柵區(qū)。并且，如果將預定數(shù)量的數(shù)據(jù)存儲在添加數(shù)據(jù)的格柵區(qū)中， 那么刪除最老的數(shù)據(jù)，并且添加新的數(shù)據(jù)取代之。從而避免了僅存儲許多
類似操作條件的數(shù)據(jù)。此外，如果要刪除數(shù)據(jù)，那么刪除最老的數(shù)據(jù)。因 此，可以存儲具有較小的老化損壞的影響的新數(shù)據(jù)，以有效地利用它們。 為此目的，優(yōu)選將要存儲在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與時間信息相關聯(lián)。狀態(tài)掌握部分22將劃分成壓力或加速度的頻帶的分析數(shù)據(jù)與預 定的閾值比較。與此同時，在與閾值比較時，判斷情況是否處于盡管存在 燃燒波動但是并不需要立即調(diào)節(jié)的前兆的狀態(tài)，或是否偏離判斷需要對現(xiàn) 行燃燒波動立即進行調(diào)節(jié)的管理值(步驟S206)。作為在步驟S206中與閾值比較的結(jié)果，如果判斷偏離了管理值或 存在燃燒波動的前兆，那么如圖4中所示，步驟前進到步驟S111至S113。 也就是說，燃燒特性掌握部分28計算現(xiàn)行燃燒波動的特性(步驟Slll), 并且獲得易于產(chǎn)生燃燒波動的區(qū)和不易產(chǎn)生燃燒波動的區(qū)。然后，如圖3 中所示，措施決定部分23決定調(diào)節(jié)現(xiàn)行操作狀態(tài)(X =xa， X12=xb)的方 向(對策)(步驟S112)。此外，輸出部分24將顯示措施決定部分23決定的 調(diào)節(jié)方向的校正量的數(shù)據(jù)輸出到控制單元IO (步驟S113)。一旦接收到這個數(shù)據(jù)，控制單元10根據(jù)從輸出部分24輸入的并且 顯示上述調(diào)節(jié)方向的數(shù)據(jù)控制操作機構(gòu)7，以便操作主燃料流控制閥113、 引燃燃料流控制閥114、旁路閥118、和入口導流葉片102，和分別改變旁 路閥開度Xn和引燃比率Xu。此時，如果燃燒特性掌握部分28不能充分地掌握燃燒特性，那么 措施決定部分23可以根據(jù)前兆信息和與用于這種前兆的有效措施相關的 經(jīng)驗信息決定調(diào)節(jié)的內(nèi)容，所有這些信息都是根據(jù)包含在基本數(shù)據(jù)庫31和 知識數(shù)據(jù)庫32中的顯示標準燃燒特性的公式模型、限制信息和熟練調(diào)節(jié)操 作人員的經(jīng)驗(訣竅)設定的。在這里，在要開始搜索過程序列的情況下，前提是沒有發(fā)生燃燒 波，如果條件2中所述。因此，如果作出的判斷是偏離了管理值，或在步 驟S206中與閾值的比較結(jié)果是存在燃燒波動的前兆，那么它恰好是在改變 了操作條件之后，即，在第二或后續(xù)循環(huán)中。因此，即使由于為了搜索最 佳操作條件而改變操作條件的結(jié)果，使得保持燃燒穩(wěn)定性變得困難，但是 仍然能夠適當?shù)匦Ｕ▌?。另一方面，作為與閾值比較的結(jié)果，如果沒有偏離管理值，并且
也不存在燃燒波動的前兆，那么停止命令輸入部分43首先確認沒有來自外 部的停止搜索過程的輸入，然后判斷是否仍然滿足執(zhí)行搜索的條件1至4 (步驟S207和S208)。具體地講，不管由于滿足了條件1至4，第一循環(huán)中 可能已經(jīng)開始了搜索過程，對于條件已經(jīng)改變的第二或后續(xù)循環(huán)，步驟 S208的確認是必須的。在停止命令輸入部分43確認具有來自外部的停止搜索過程的命 令的輸入的情況下，如果操作條件已經(jīng)改變，那么為了使操作條件返回到 改變開始之前的操作條件(標準操作點)，輸出部分24將校正量的數(shù)據(jù)輸 出到控制單元IO (步驟S209和S212)。例如，在進行負載改變或燃料更換 時，或在執(zhí)行燃氣輪機系統(tǒng)l的停止過程時，輸入停止搜索過程的命令。 停止搜索過程的命令不僅停止改變操作條件，而且使操作條件回到改變開 始之前的操作條件。此外，如果在步驟S208中沒有滿足條件1至4，那么步驟返回到步 驟S201，并且除非滿足了條件1至4，否則不進行步驟S210以及后續(xù)步驟的 條件的搜索。如果沒有來自外部的停止搜索過程的命令輸入，并且仍然滿足進 行搜索的條件1至4，那么命令輸入部分43確認預定區(qū)的搜索是否已經(jīng)完 成。為了除非搜索完成否則繼續(xù)搜索，校正量計算部分40決定要改變的操 作條件(這稱為試驗點)(步驟S211)，并且輸出部分24輸出對應于操作條 件的校正量的數(shù)據(jù)。此時，對多個循環(huán)重復圖13的步驟，并且改變在步驟S211中決定 的試驗點。從而在一個預定區(qū)中，連續(xù)地改變操作條件的每個參數(shù)。具體 地講，在每次將提供到燃燒室lll的燃料和空氣的流率中的至少一個改變 預定的量。為此目的，如圖15 (a)中所示，例如，隨著時間的過去，根 據(jù)在上和下多個階段中改變引燃比率的順序，輸出部分24輸出校正量，以 控制主燃料流控制閥113、引燃燃料流控制閥114、旁路閥118、和入口導 流葉片102。除此之外，也隨時間的過去改變旁路閥118的開度，等等。因 此，通過重復圖13的步驟預定的循環(huán)，將燃氣輪機系統(tǒng)l的操作條件分配 在預定區(qū)中，從而可以執(zhí)行條件的搜索。應當注意，在圖16 (a)中，盡 管操作條件是在旁路閥開度和引燃比率的二維平面上的水平和垂直方向上改變的，但是，操作條件的改變并不限于水平和垂直方向，而是旁路閥 開度和引燃比率二者可以同時改變，或可以進行在條件搜索的邊界線上運 行的搜索。此外，盡管將旁路閥開度和引燃比率說成是控制因素，但是控 制因素不限于此。此外，當要在步驟S211中決定試驗點時，校正量計算部分40可以 輸出一個校正量，以便在輸出實際校正量之前預測改變操作條件之后的燃 燒波動水平，并且，作為其結(jié)果，僅在作出了可以維持穩(wěn)定的燃燒的判斷 之后，才可以輸出校正量。為此目的，根據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫30和知識數(shù)據(jù)庫 32中的過去的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗信息改變操作條件，并且預測對應于這種改變的 結(jié)果。因此，在搜索操作條件的同時，可以減小燃燒波動水平偏離閾值 的可能性。當從輸出部分24輸出校正量時，在每次改變操作條件時，在步驟 S210中，將作為改變操作條件的結(jié)果的過程數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫30中。在步 驟S210中，在判斷預定區(qū)的搜索已經(jīng)完成時，決定一個最佳操作條件(最 佳點)(步驟S213)。為此，在搜索完成的時刻，從存儲在數(shù)據(jù)庫30中的每個試驗點的 數(shù)據(jù)決定了最佳點(最佳操作條件)。最佳操作條件可以是一個具有最高 燃燒穩(wěn)定性的操作條件，或，除此之外，可以將燃氣輪機系統(tǒng)l的每個單 元的熱效率或效率考慮進來，以便決定最佳操作條件。此外，也可以將環(huán) 境保護性能考慮進來。如果燃氣輪機系統(tǒng)l是一個組合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(燃 氣輪機組合循環(huán)工廠)的結(jié)構(gòu)的一部分，那么可以考慮進組合循環(huán)發(fā)電系 統(tǒng)的工廠效率。此外，不僅在每個試驗點數(shù)據(jù)中決定最佳點，而且可以是 條件搜索區(qū)中的另一個點，這個點，例如，用非線性多重回歸等式或多項 式檢驗每個試驗點的結(jié)果，被評價是最佳的。以這種方式，例如，可以將圖15 (b)中所示的初始操作條件改 變到圖15 (c)中所示的操作條件。順便說一下，如上所述，盡管操作條件從穩(wěn)定區(qū)中的穩(wěn)定狀態(tài)改 變從而找出最佳操作條件，但是，即使在這之前的階段中，也需要顯示參 考操作條件的操作進程，如圖15 (b)中所示。
不用說，這可以在設計階段通過計算、模擬之類的方法設定。但是，也可以在燃氣輪機系統(tǒng)l的試驗操作時，如圖17中所示那樣階梯式地 改變負載，如圖15 (a)中所示的那樣在每個負載階梯的多個階梯中改變 操作條件，決定在每個負載階梯中的最高評價的操作條件，并且將如此決 定的操作條件彼此連接的方式產(chǎn)生顯示參考操作條件的操作進程。盡管上述說明是在負載幾乎穩(wěn)定狀態(tài)下的控制，但是，對于燃氣 輪機的啟動和停止時，也可以自動改變操作條件。為此，如圖12中所示， 在自動調(diào)節(jié)部分20中提供一個進程計劃部分44，并且據(jù)此，在每次啟動或 停止時使用不同的操作條件的進程。因此，通過多次進行啟動和停止，存 儲了不同的操作條件的數(shù)據(jù)，并且根據(jù)這種數(shù)據(jù)，可以設定啟動或停止時 的最佳操作條件。圖18是顯示設定啟動和停止時的最佳操作條件(操作進程)的條 件搜索過程的流程圖。在這里，與圖13的步驟相同或類似的過程的步驟賦 予了相同的參考號，并且省略了它們的說明。在每次進行啟動或停止時，執(zhí)行圖18中所示的條件搜索過程。在 每次啟動或停止時，通過步驟S211決定一個試驗點，在如此決定的試驗點 的操作條件下啟動或停止燃氣輪機系統(tǒng)l，并且將該時間的操作條件的過 程數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫30中。在進行了預定次數(shù)的啟動或停止之后，根據(jù)迄 今為止存儲的數(shù)據(jù)庫30,計算最佳操作條件(操作進程)。因此，在穩(wěn)定狀態(tài)或在啟動或停止時，也能搜索以自動獲得高度 穩(wěn)定的操作條件或高度經(jīng)濟的操作條件，從而可以實現(xiàn)穩(wěn)定和經(jīng)濟的操 作。在上述的過程序列中，如果出現(xiàn)燃燒波動的前兆或出現(xiàn)偏離管理 值，那么執(zhí)行抑制燃燒波動的過程，但是，除此之外，如圖16 (b)中所 示，此后可以滑動要執(zhí)行的條件搜索的范圍。從而，獲得了能夠找到更好 的操作條件的可能性。盡管以上的實施例中提到了各種不同控制因素，但是也可以有其它的 控制因素，除非造成偏離本發(fā)明的基礎，可以適當?shù)剡x擇這些控制因素以 部分地采用或放棄，或可以適當?shù)貙⒔Y(jié)構(gòu)改變成其它結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1、一種燃氣輪機系統(tǒng)，包括包括燃燒室的燃氣輪機；和搜索和控制部分，用于通過在所述燃氣輪機中沒有燃燒波動的狀態(tài)下改變提供到所述燃燒室的燃料流率和空氣流率中的至少一個而搜索最佳操作條件，并且，對應于得到的所述最佳操作條件，調(diào)節(jié)提供到所述燃燒室的燃料流率和空氣流率中的至少一個。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣輪機系統(tǒng)，其中所述搜索和控制部分 通過在每次啟動或停止所述燃氣輪機時，改變提供到所述燃燒室的燃料流 率和空氣流率中的至少一個，以及通過多次進行啟動或停止，搜索所述燃 氣輪機的啟動和停止時的最佳操作條件。
3、 一種燃氣輪機控制方法，包括執(zhí)行燃氣輪機的燃燒室中的壓力或加速度的波動的頻率分析并且輸 出其分析結(jié)果的結(jié)果輸出步驟；根據(jù)所述分析結(jié)果和所述燃氣輪機的處理數(shù)據(jù)掌握所述燃氣輪機的 燃燒波動的特性的特性掌握步驟；如果所述特性掌握步驟掌握到所述燃氣輪機的燃燒波動的特性的結(jié)果是產(chǎn)生燃燒波動，那么調(diào)節(jié)提供到所述燃燒室的燃料流率和空氣流率中 的至少一個，以便抑制燃燒波動的波動抑制步驟；和通過在沒有執(zhí)行所述波動抑制步驟的狀態(tài)下改變提供到所述燃燒室 的燃料流率和空氣流率中的至少一個而搜索最佳操作條件，并且，對應于 得到的所述最佳操作條件，調(diào)節(jié)提供到所述燃燒室的燃料流率和空氣流率 中的至少一個的條件搜索步驟。
全文摘要
提供了一種燃氣輪機控制裝置，通過控制裝置，即使在多個頻帶中產(chǎn)生燃燒波動，也能有效地抑制。如果在多個頻帶中產(chǎn)生燃燒波動，對應于預定優(yōu)先次序，進行調(diào)節(jié)從而抑制一個高優(yōu)先次序的頻帶的燃燒波動。如果在調(diào)節(jié)后燃氣輪機狀態(tài)改變，那么將其反射到數(shù)據(jù)庫(30)。如果由于任何原因，例如緊接著燃氣輪機安裝之后，尚未存儲足夠的數(shù)據(jù)，那么利用基于包含在基本數(shù)據(jù)庫(31)中的另一個相同類型的燃氣輪機的數(shù)據(jù)的對策數(shù)據(jù)，和基于包含在知識數(shù)據(jù)庫(32)中的熟練的調(diào)節(jié)操作人員的經(jīng)驗的對策數(shù)據(jù)，進行校正。此外，在穩(wěn)定狀態(tài)下，可以改變操作條件以便自動地搜索最佳操作條件。
文檔編號F02C9/28GK101126353SQ20071015341
公開日2008年2月20日 申請日期2004年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月30日
發(fā)明者外山浩三, 射場博之, 川上朋, 野村真澄 申請人:三菱重工業(yè)株式會社