燃料控制裝置、燃燒器、燃氣渦輪、控制方法以及程序的制作方法
【專利摘要】燃料控制裝置具備：燃燒溫度推斷值計算部，其使用大氣條件、對與燃料混合而燃燒的空氣的量進行控制的閥的開度指令值、以及基于燃料控制信號指令值而計算出的輸出預測值，計算使所述燃料與流入的空氣的混合體燃燒的情況下的溫度推斷值，該燃料控制信號指令值用于計算在多個燃料供給系統(tǒng)中流動的全部燃料流量；燃料分配指令值計算部，其基于所述溫度推斷值來計算表示從所述多個燃料供給系統(tǒng)輸出的燃料的分配的燃料分配指令值并輸出；以及閥開度計算部，其根據(jù)所述燃料分配指令值和基于所述燃料控制信號指令值的全部燃料流量來計算所述多個燃料供給系統(tǒng)的燃料流量調(diào)節(jié)閥的各閥開度。
【專利說明】
燃料控制裝置、燃燒器、燃氣渦輪、控制方法以及程序
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及燃料控制裝置、燃燒器、燃氣渦輪、控制方法以及程序。
[0002]本申請基于2014年2月26日在日本申請的特愿2014-034871號而主張優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容援引于此。
【背景技術(shù)】
[0003]關(guān)于燃料向燃氣渦輪的燃燒器的供給，從燃燒的效率、穩(wěn)定性的觀點出發(fā)，有時分為多個系統(tǒng)而供給燃料。在這種情況下，需要考慮燃料向各個系統(tǒng)的分配。
[0004]圖14是示出現(xiàn)有的燃氣渦輪的燃料分配控制的一例的圖。如圖14所示，現(xiàn)有的燃料控制裝置基于大氣壓力、大氣溫度、IGV(Inlet Guide Vane)開度指定值、燃氣渦輪輸出值來推斷渦輪的入口處的燃燒氣體的溫度，基于該渦輪入口溫度推斷值，計算出向各系統(tǒng)分配的燃料的比率。而且，燃料控制裝置根據(jù)向各系統(tǒng)分配的分配比率、基于燃料控制信號指令值(CSO)的全部燃料流量，來確定向各燃料系統(tǒng)的噴嘴供給的燃料供給量，從而控制在各個系統(tǒng)中設(shè)置的燃料流量調(diào)節(jié)閥的閥開度。
[0005]另外，在燃氣渦輪的燃燒器中，已知在例如從多個系統(tǒng)供給的燃料的分配比發(fā)生變化的情況下等產(chǎn)生燃燒振動。燃燒振動是燃燒器內(nèi)的壓力變動，由于給燃燒器、燃氣渦輪的部件帶來損傷，因此需要抑制燃燒振動(參照專利文獻I)。
[0006]圖15是示出現(xiàn)有的負荷變化時的向某一燃料系統(tǒng)分配的燃料分配比與渦輪入口溫度之間的關(guān)系的一例的圖。如該圖所示，根據(jù)燃料分配比和渦輪入口溫度的值，存在產(chǎn)生燃燒振動的區(qū)域(區(qū)域74、區(qū)域75)。另外，目標運轉(zhuǎn)線71示出表示不產(chǎn)生這種燃燒振動的燃料分配比與渦輪入口溫度之間的關(guān)系的目標運轉(zhuǎn)線。期望在燃料控制裝置中控制向各系統(tǒng)供給的燃料的分配比，以便成為目標運轉(zhuǎn)線71所示那樣的、可以避免燃燒振動產(chǎn)生區(qū)域的燃料分配比。
[0007]在先技術(shù)文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本特開2012-92681號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明要解決的課題
[0011]當燃氣渦輪的輸出發(fā)生變動時，與此相伴地，渦輪的入口溫度也發(fā)生變化。尤其是在該變動急劇的情況下等，如上述那樣計算出的渦輪入口溫度推斷值趕不上實際的燃氣渦輪入口溫度的變化。在該情況下，表示燃料控制裝置基于該渦輪入口溫度推斷值而計算出的燃料分配比與實際的燃氣渦輪入口溫度之間的關(guān)系的運轉(zhuǎn)線有時被包含在燃燒振動產(chǎn)生區(qū)域中。例如，運轉(zhuǎn)線72是提高負荷時的運轉(zhuǎn)線的一例，運轉(zhuǎn)線73是降低負荷時的運轉(zhuǎn)線的一例。無論哪種情況，均可能產(chǎn)生燃燒振動。
[0012]本發(fā)明提供一種能夠解決上述的課題的燃料控制裝置、燃燒器、燃氣渦輪、控制方法以及程序。
[0013]解決方案
[0014]根據(jù)本發(fā)明的第一方式，燃料控制裝置具備:燃燒溫度推斷值計算部，其使用大氣條件、對與燃料混合而燃燒的空氣的量進行控制的閥的開度指令值、以及基于燃料控制信號指令值而計算出的輸出預測值，來計算使所述燃料與流入的空氣的混合體燃燒的情況下的溫度推斷值，所述燃料控制信號指令值用于計算在多個燃料供給系統(tǒng)中流動的全部燃料流量;燃料分配指令值計算部，其基于所述溫度推斷值，來計算表示從所述多個燃料供給系統(tǒng)輸出的燃料的分配的燃料分配指令值并輸出；以及閥開度計算部，其根據(jù)所述燃料分配指令值和基于所述燃料控制信號指令值的全部燃料流量，來計算所述多個燃料供給系統(tǒng)的燃料流量調(diào)節(jié)閥的各閥開度。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的第二方式，所述燃料控制裝置具備燃氣渦輪輸出預測值計算部，該燃氣渦輪輸出預測值計算部基于燃料控制信號指令值與燃氣渦輪的輸出值之間的預先決定的對應(yīng)關(guān)系、以及所述燃料控制信號指令值，來計算所述輸出預測值。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的第三方式，所述燃料控制裝置具備:燃氣渦輪輸出修正量計算部，其基于燃料控制信號指令值與用于修正燃氣渦輪的輸出的值之間的預先決定的對應(yīng)關(guān)系、以及所述燃料控制信號指令值，來計算對所述輸出預測值進行修正的燃氣渦輪輸出修正量；以及燃氣渦輪輸出預測值計算部，其使用燃氣渦輪的輸出值的實測值和所述燃氣渦輪輸出修正量來計算所述輸出預測值。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的第四方式，所述燃料控制裝置具備系數(shù)計算部，該系數(shù)計算部根據(jù)表示每單位時間內(nèi)燃氣渦輪的輸出變化的值，來計算相對于所述燃氣渦輪輸出修正量的權(quán)重系數(shù)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的第五方式，所述燃料控制裝置具備負荷變化比率判斷部，該負荷變化比率判斷部檢測每單位時間內(nèi)燃氣渦輪的輸出變化，當該輸出變化小于規(guī)定的值時，將所述燃氣渦輪輸出修正量設(shè)定為O。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的第六方式，燃燒器具備上述的燃料控制裝置。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的第七方式，燃氣渦輪具備上述的燃料控制裝置。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的第八方式，在控制方法中，燃料控制裝置使用大氣條件、對與燃料混合而燃燒的空氣的量進行控制的閥的開度指令值、以及基于燃料控制信號指令值而計算出的輸出預測值，來計算使所述燃料與流入的空氣的混合體燃燒的情況下的溫度推斷值，所述燃料控制信號指令值用于計算在多個燃料供給系統(tǒng)中流動的全部燃料流量;基于所述溫度推斷值，來計算表示從所述多個燃料供給系統(tǒng)輸出的燃料的分配的燃料分配指令值并輸出；根據(jù)所述燃料分配指令值和基于所述燃料控制信號指令值的全部燃料流量，來計算所述多個燃料供給系統(tǒng)的燃料流量調(diào)節(jié)閥的各閥開度。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的第九方式，程序用于使燃料控制裝置的計算機作為如下單元而發(fā)揮功能:使用大氣條件、對與燃料混合而燃燒的空氣的量進行控制的閥的開度指令值、以及基于燃料控制信號指令值而計算出的輸出預測值，來計算使所述燃料與流入的空氣的混合體燃燒的情況下的溫度推斷值的單元，所述燃料控制信號指令值用于計算在多個燃料供給系統(tǒng)中流動的全部燃料流量;基于所述溫度推斷值，來計算表示從所述多個燃料供給系統(tǒng)輸出的燃料的分配的燃料分配指令值的單元；以及根據(jù)所述燃料分配指令值和基于所述燃料控制信號指令值的全部燃料流量，來計算所述多個燃料供給系統(tǒng)的燃料流量調(diào)節(jié)閥的各閥開度的單元。
[0023]發(fā)明效果
[0024]根據(jù)上述的燃料控制裝置、燃燒器、燃氣渦輪、控制方法以及程序，在負荷變化的過渡期也能夠抑制成為相對于渦輪入口溫度的目標的燃料系統(tǒng)燃料比與實際的燃料系統(tǒng)燃料比之間的偏差。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明所涉及的第一實施方式中的燃氣渦輪設(shè)備的系統(tǒng)圖。
[0026]圖2是示出本發(fā)明所涉及的第一實施方式中的燃料控制裝置的一例的框圖。
[0027]圖3是示出本發(fā)明所涉及的第一實施方式中的燃料分配控制的一例的圖。
[0028]圖4是示出應(yīng)用本發(fā)明所涉及的第一實施方式中的燃料分配控制后的結(jié)果的一例的圖。
[0029]圖5是示出本發(fā)明所涉及的第一實施方式中的燃料分配控制的變形例的圖。
[0030]圖6是示出本發(fā)明所涉及的第二實施方式中的燃料控制裝置的一例的框圖。
[0031]圖7是示出本發(fā)明所涉及的第二實施方式中的燃料分配控制的一例的圖。
[0032]圖8是示出本發(fā)明所涉及的第三實施方式中的燃料控制裝置的一例的框圖。
[0033]圖9是示出本發(fā)明所涉及的第三實施方式中的燃料分配控制的一例的圖。
[0034]圖10是示出本發(fā)明所涉及的第四實施方式中的燃料控制裝置的一例的框圖。
[0035]圖11是示出本發(fā)明所涉及的第四實施方式中的燃料分配控制的一例的圖。
[0036]圖12是示出本發(fā)明所涉及的第五實施方式中的燃料控制裝置的一例的框圖。
[0037]圖13是示出本發(fā)明所涉及的第五實施方式中的燃料分配控制的一例的圖。
[0038]圖14是示出現(xiàn)有的燃氣渦輪燃料分配控制的一例的圖。
[0039]圖15是示出現(xiàn)有的負荷變化時的燃料分配比與渦輪入口溫度之間的關(guān)系的一例的圖。
【具體實施方式】
[0040]〈第一實施方式〉
[0041]以下，參照圖1?圖5對本發(fā)明的第一實施方式的燃料控制裝置進行說明。
[0042]圖1是本實施方式中的燃氣渦輪設(shè)備的系統(tǒng)圖。
[0043]如圖1所示，本實施方式的燃氣渦輪設(shè)備具備:燃氣渦輪10、通過燃氣渦輪10的驅(qū)動來進行發(fā)電的發(fā)電機16、以及控制燃氣渦輪10的行為的燃料控制裝置50。燃氣渦輪10和發(fā)電機16由轉(zhuǎn)子15連結(jié)。
[0044]燃氣渦輪10具備:對空氣進行壓縮而生成壓縮空氣的空氣壓縮機11、將壓縮空氣和可燃氣體混合而使其燃燒并生成高溫的燃燒氣體的燃燒器12、以及利用燃燒氣體進行驅(qū)動的渦輪13。
[0045]在空氣壓縮機11上設(shè)有IGV14。IGV14對空氣向空氣壓縮機11的流入進行調(diào)整。在空氣壓縮機11的入口側(cè)設(shè)有壓力計22、溫度計23。壓力計22測定大氣壓力并向燃料控制裝置50輸出。溫度計23測定大氣溫度并向燃料控制裝置50輸出。
[0046]燃燒器12與向燃燒器12供給燃料的燃料供給裝置21連接。從多個燃料供給系統(tǒng)(先導(pilot)系統(tǒng)、主系統(tǒng)、頂環(huán)(top hat)系統(tǒng))向燃燒器12供給燃料。因此，在燃料供給裝置21與燃燒器12之間設(shè)有按照燃料系統(tǒng)調(diào)節(jié)燃料的流量的閥、S卩，先導系統(tǒng)燃料流量調(diào)節(jié)閥18、主系統(tǒng)燃料流量調(diào)節(jié)閥19、以及頂環(huán)系統(tǒng)燃料流量調(diào)節(jié)閥20。
[0047]在發(fā)電機16上配備有電力計17，該電力計17測定發(fā)電機16的發(fā)電電力，并向燃料控制裝置50輸出。
[0048]燃料控制裝置50確定對各燃料系統(tǒng)分配的燃料的分配比，并調(diào)整各燃料供給系統(tǒng)所具備的燃料流量調(diào)節(jié)閥的閥開度。換句話說，燃料控制裝置50對先導系統(tǒng)燃料流量調(diào)節(jié)閥18、主系統(tǒng)燃料流量調(diào)節(jié)閥19、頂環(huán)系統(tǒng)燃料流量調(diào)節(jié)閥20的閥開度進行調(diào)整，并控制從各系統(tǒng)的噴嘴流入燃燒器的燃料流量。
[0049]圖2是示出本發(fā)明所涉及的第一實施方式中的燃料控制裝置的一例的框圖。
[0050]燃氣渦輪輸出預測值計算部51從控制燃氣渦輪的輸出的燃氣渦輪輸出控制部(未圖示)獲取燃料控制信號指令值(CS0:Control Signal Output)，并基于CSO來計算燃氣禍輪的輸出預測值(MW)。燃料控制信號指令值(CSO)是指，控制向燃燒器供給的燃料流量的控制輸出信號。燃氣渦輪輸出預測值的計算例如按照以下的方式來進行。將CSO與燃氣渦輪輸出預測值建立了對應(yīng)關(guān)系的表、函數(shù)被存儲于燃料控制裝置50具備的存儲部(未圖示)，燃氣渦輪輸出預測值計算部51基于獲取到的CSO而讀入該表并獲取燃氣渦輪輸出預測值?；蛘?，在相對于所希望的CSO的輸出預測值不存在于表中的情況下，燃氣渦輪輸出預測值計算部51使用所讀出的燃氣渦輪輸出預測值來進行插值計算，從而計算燃氣渦輪輸出預測值。該CSO與燃氣渦輪輸出預測值的對應(yīng)關(guān)系預先通過進行模擬、實驗等來確定。存儲部也可以是與燃料控制裝置50連接的存儲裝置。
[0051]渦輪入口溫度推斷部52推斷渦輪的入口處的燃燒氣體的溫度。更詳細地說，渦輪入口溫度推斷部52從壓力計22獲取大氣壓力，從溫度計23獲取大氣溫度，從IGV控制裝置(未圖示)獲取IGV開度指令值，從燃氣渦輪輸出預測值計算部51獲取燃氣渦輪輸出預測值，并基于這些值來推斷渦輪的入口處的燃燒氣體的溫度(渦輪入口溫度推斷值)。關(guān)于推斷渦輪入口溫度的方法，例如日本特開2007-77867號公報中具有記載。說明概要的話，預先準備出規(guī)定了各IGV開度中的燃氣渦輪輸出與渦輪入口溫度之間的關(guān)系的表、規(guī)定了各IGV開度中的大氣溫度與燃氣渦輪輸出之間的關(guān)系的表等。在所記載的方法中，使用這些表來求出IGV開度、大氣溫度、燃氣渦輪輸出、以及渦輪入口溫度的關(guān)系。在所記載的方法中，還利用規(guī)定的方法來求出考慮了大氣壓比的燃氣渦輪輸出與渦輪入口溫度的關(guān)系，使用該對應(yīng)關(guān)系，來推斷考慮了大氣條件的規(guī)定的IGV開度中的與燃氣渦輪輸出對應(yīng)的渦輪入口溫度。
[0052]燃料分配指令值計算部53基于渦輪入口溫度推斷部52推斷出的渦輪入口溫度推斷值，根據(jù)存儲部存儲的將渦輪入口溫度推斷值與例如向先導噴嘴供給的燃料的分配比建立了對應(yīng)關(guān)系的表、函數(shù)，讀出向先導噴嘴分配的分配比。同樣，燃料分配指令值計算部53根據(jù)將渦輪入口溫度推斷值與向頂環(huán)噴嘴供給的燃料的分配比建立了對應(yīng)關(guān)系的表、函數(shù)，讀出向頂環(huán)噴嘴分配的分配比。然后，燃料分配指令值計算部53在分配比由百分比表示的情況下，將向先導噴嘴以及頂環(huán)噴嘴分配的分配比之和從100%減去，從而計算剩余的向主噴嘴供給的燃料的分配比。燃料分配指令值計算部53在計算出向各燃料系統(tǒng)分配的分配比之后，將該分配比(燃料分配指令值)向閥開度計算部55輸出。需要說明的是，在未從確定了渦輪入口溫度推斷值和各燃料的分配比的表等讀出成為對象的渦輪入口溫度推斷值中的燃料的分配比的情況下，也可以通過插值計算來計算分配比。
[0053]全部燃料流量計算部54從燃氣渦輪輸出控制部獲取CSO，并計算該CSO所示的全部燃料流量。全部燃料流量表示向燃燒器供給的燃料流量，是向各系統(tǒng)分配的燃料的合計。全部燃料流量的計算根據(jù)記錄于存儲部的CSO與全部燃料流量值的對應(yīng)表、函數(shù)來進行。全部燃料流量計算部54將全部燃料流量的信息向閥開度計算部55輸出。
[0054]閥開度計算部55基于燃料分配指令值和全部燃料流量，來計算在各燃料系統(tǒng)設(shè)置的流量調(diào)節(jié)閥的閥開度。具體地說，閥開度計算部55對全部燃料流量乘以向各系統(tǒng)分配的分配比來計算向各系統(tǒng)供給的燃料流量。然后，閥開度計算部55使用按照各流量調(diào)節(jié)閥準備的、燃料流量與閥開度指令值的對應(yīng)表、函數(shù)，來計算各個流量調(diào)節(jié)閥的閥開度。然后，閥開度計算部55基于所計算出的閥開度，來控制先導系統(tǒng)燃料流量調(diào)節(jié)閥18、主系統(tǒng)燃料流量調(diào)節(jié)閥19、頂環(huán)系統(tǒng)燃料流量調(diào)節(jié)閥20。需要說明的是，燃料流量與閥開度指令值的對應(yīng)表、函數(shù)被存儲于存儲部。
[0055]圖3是示出本發(fā)明所涉及的第一實施方式中的燃料分配控制的一例的圖。
[0056]使用圖3對本實施方式的燃料分配控制進行說明。
[0057]首先，燃氣渦輪輸出預測值計算部51從燃氣渦輪輸出控制部獲取CS0。燃氣渦輪輸出預測值計算部51使用所獲取到的CS0，參照預先記錄好的CSO與燃氣渦輪輸出預測值的對應(yīng)表來計算燃氣渦輪輸出預測值(100)。
[0058]接下來，渦輪入口溫度推斷部52從壓力計22獲取大氣壓力，從溫度計23獲取大氣溫度。另外，渦輪入口溫度推斷部52從IGV控制裝置獲取IGV開度指令值。另外，渦輪入口溫度推斷部52獲取燃氣渦輪輸出預測值計算部51所推斷出的渦輪入口溫度推斷值。然后，渦輪入口溫度推斷部52使用這些參數(shù)并按照規(guī)定的方法來推斷渦輪入口溫度(101)。
[0059]接著，燃料分配指令值計算部53基于渦輪入口溫度來計算向各燃料供給系統(tǒng)供給的燃料的分配比(102)。燃料分配指令值計算部53將分配比的信息向閥開度計算部55輸出。
[0060]另一方面，全部燃料流量計算部54從燃氣渦輪輸出控制部獲取CS0，并計算全部燃料流量(103)。全部燃料流量計算部54將全部燃料流量的信息向閥開度計算部55輸出。
[0061]閥開度計算部55對全部燃料流量乘以各燃料系統(tǒng)的分配比，并計算向各燃料系統(tǒng)供給的燃料流量(104)。閥開度計算部55根據(jù)向各系統(tǒng)供給的燃料流量來計算各系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)閥的閥開度(105)。然后，閥開度計算部55基于所計算出的閥開度指令值來控制各流量調(diào)節(jié)閥。
[0062]圖4是示出應(yīng)用本發(fā)明所涉及的第一實施方式中的燃料分配控制后的結(jié)果的一例的圖。
[0063]如圖4所示，在應(yīng)用本實施方式的燃料分配控制而進行了負荷的增減的情況下，與使用圖15說明過的現(xiàn)有的結(jié)果不同，提高負荷時的運轉(zhuǎn)線72、降低負荷時的運轉(zhuǎn)線73均不存在包含于燃燒振動產(chǎn)生區(qū)域的部分。
[0064]在現(xiàn)有的方法中，根據(jù)實際的燃氣渦輪的輸出來確定渦輪入口溫度推斷值。在該情況下，現(xiàn)有的燃料控制裝置確定燃料的分配比，并進行實際上向各系統(tǒng)供給燃料的控制，其結(jié)果是，在燃氣渦輪的輸出成為所希望的值之前，因各種因素產(chǎn)生延遲。各種因素例如具有:機械方面的延遲(閥動作延遲、壓力響應(yīng)延遲、燃燒延遲)、從信號除去噪聲的濾波器處理等需要時間等的控制方面的延遲。根據(jù)現(xiàn)有的方法，在負荷的變動急劇的情況下，基于與實際的燃氣渦輪的輸出相應(yīng)的渦輪入口溫度推斷值來確定燃料分配比。因此，基于所確定的分配比，在實際控制閥開度時，燃氣渦輪的輸出值已經(jīng)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生基于先計算出的閥開度的控制與實際狀態(tài)不吻合的情況。
[0065]但是，根據(jù)本實施方式，使用基于CSO的燃氣渦輪輸出的預測值來計算渦輪入口溫度推斷值，由此能夠優(yōu)先補償在現(xiàn)有的方法中容易產(chǎn)生的、通過反饋實際的燃氣渦輪輸出值而計算渦輪入口溫度推斷值的、渦輪入口溫度推斷值的時間延遲。由此，在負荷變化的過渡時，也能夠減小運轉(zhuǎn)線與目標運轉(zhuǎn)線之間的偏差，從而能夠避免燃燒振動的產(chǎn)生。
[0066]圖5是示出本發(fā)明所涉及的第一實施方式中的燃料分配控制的變形例的圖。
[0067]在該變形例中，燃氣渦輪的輸出預測值的計算還使用CSO以外的參數(shù)。具體地說，參數(shù)是指，大氣溫度、大氣壓力、IGV開度指令值、燃料卡路里中的至少一個。關(guān)于其他工序，與第一實施方式相同。
[0068]燃氣渦輪輸出預測值計算部51基于CSO來計算燃氣渦輪輸出預測值(100)。另外，燃氣渦輪輸出預測值計算部51獲取上述參數(shù)中的至少一個。關(guān)于各個參數(shù)，燃氣渦輪輸出預測值計算部51從壓力計22獲取大氣壓力，從溫度計23獲取大氣溫度，從IGV控制裝置獲取IGV開度指令值，從燃料系統(tǒng)所具備的熱量計(未圖示)獲取燃料卡路里。燃氣渦輪輸出預測值計算部51使用所獲取到的參數(shù)，從存儲部讀取按照各參數(shù)預先準備的、將各個參數(shù)的值與燃氣渦輪輸出預測值的修正量建立了對應(yīng)關(guān)系的表，基于該表來計算修正量(100B)。燃氣渦輪輸出預測值計算部51對基于CSO而計算出的燃氣渦輪輸出預測值乘以(或者加上)該修正量，從而求出修正后的燃氣渦輪輸出預測值。
[0069]根據(jù)該變形例，能夠基于與實際的大氣溫度、大氣壓力、IGV開度指令值、燃料卡路里相應(yīng)的燃氣渦輪輸出預測值來計算燃料分配比。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)反映更實際的環(huán)境的燃料流量的控制，從而能夠進一步抑制燃燒變動的風險。需要說明的是，這些參數(shù)能夠組合使用。
[0070]〈第二實施方式〉
[0071]以下，參照圖6?圖7對本發(fā)明的第二實施方式的燃料控制裝置進行說明。
[0072]圖6是示出本實施方式中的燃料控制裝置的一例的框圖。
[0073]如圖6所示，在本實施方式中，燃料控制裝置50具備燃氣渦輪輸出修正量計算部56。另外，燃氣渦輪輸出預測值計算部51計算燃氣渦輪的預料輸出值的方法與第一實施方式不同。其他結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同。
[0074]燃氣渦輪輸出修正量計算部56從燃氣渦輪輸出控制部獲取CSO，基于該CSO來計算燃氣渦輪的輸出值的修正量。燃氣渦輪輸出值修正量的計算以如下方式來進行:將使CSO與燃氣渦輪輸出值修正量建立了對應(yīng)關(guān)系的表、包含微分器的函數(shù)預先記錄于存儲部，燃氣渦輪輸出修正量計算部56使用所獲取到的CSO讀入該表等，從而求出燃氣渦輪輸出值修正量。
[0075]接下來，燃氣渦輪輸出修正量計算部56從存儲部讀入預先確定好的權(quán)重系數(shù)P，并對從燃氣渦輪輸出修正量計算部56獲取到的燃氣渦輪輸出修正量乘以權(quán)重系數(shù)P。然后，燃氣渦輪輸出修正量計算部56將乘以該系數(shù)P后的修正量向燃氣渦輪輸出預測值計算部51輸出。
[0076]燃氣渦輪輸出預測值計算部51獲取由電力計17測定出的發(fā)電機16的輸出值(燃氣渦輪輸出值)。然后，燃氣渦輪輸出預測值計算部51根據(jù)該燃氣渦輪輸出值和從燃氣渦輪輸出修正量計算部56獲取到的燃氣渦輪輸出修正量來計算燃氣渦輪輸出預測值。
[0077]圖7是示出本發(fā)明所涉及的第二實施方式中的燃料分配控制的一例的圖。
[0078]使用圖7對本實施方式的燃料分配控制進行說明。
[0079]首先，燃氣渦輪輸出修正量計算部56從燃氣渦輪輸出控制部獲取CS0。燃氣渦輪輸出修正量計算部56使用所獲取到的CS0，參照預先記錄好的CSO與燃氣渦輪輸出修正量的對應(yīng)表來計算燃氣渦輪輸出修正量(106)?；蛘?，在相對于所希望的CSO的輸出修正量不存在于表中的情況下，也可以通過插值計算來計算輸出修正量。
[0080]接下來，燃氣渦輪輸出修正量計算部56從存儲部讀入預先確定好的系數(shù)P，并對燃氣渦輪輸出修正量乘以權(quán)重系數(shù)P(107)。然后，燃氣渦輪輸出修正量計算部56將乘以權(quán)重系數(shù)P后的修正量向燃氣渦輪輸出預測值計算部51輸出。
[0081 ]另外，燃氣渦輪輸出預測值計算部51從電力計17獲取燃氣渦輪輸出值。燃氣渦輪輸出預測值計算部51將燃氣渦輪輸出值和從燃氣渦輪輸出修正量計算部56獲取到的修正量相加而計算燃氣渦輪輸出預測值(108)。關(guān)于以下的工序，與第一實施方式相同，故省略說明。
[0082]根據(jù)本實施方式，以燃氣渦輪輸出的實測值為基礎(chǔ)，使用基于CSO而修正后的燃氣渦輪輸出預測值來推斷渦輪入口溫度。然后，根據(jù)該渦輪入口溫度來確定向各燃料系統(tǒng)分配的燃料的分配比。由此，能夠進行更符合實際狀態(tài)的燃料的分配比控制，能夠進一步減少燃燒振動的產(chǎn)生風險。例如因隨時間老化等，CSO與燃氣渦輪輸出預測值之間的對應(yīng)關(guān)系有時與設(shè)計時發(fā)生變化。在本實施方式中，由于使用獲取了這些隨時間老化等的實際狀態(tài)的實際的燃氣渦輪輸出值，因此燃氣渦輪輸出預測值的精度更高。
[0083]〈第三實施方式〉
[0084]以下，參照圖8?圖9對本發(fā)明的第三實施方式的燃料控制裝置進行說明。
[0085]圖8是示出本實施方式中的燃料控制裝置的一例的框圖。
[0086]如圖8所示，在本實施方式中，燃料控制裝置50具備負荷變化比率計算部57、系數(shù)計算部58。其他結(jié)構(gòu)與第二實施方式相同。
[0087]負荷變化比率計算部57從電力計17獲取發(fā)電機16的輸出測定值。負荷變化比率計算部57計算每單位時間內(nèi)的負荷的變化。
[0088]系數(shù)計算部58獲取與負荷變化比率計算部57所計算出的負荷變化比率相應(yīng)的、相對于燃氣渦輪輸出修正量的權(quán)重系數(shù)。權(quán)重系數(shù)的計算以如下方式來進行:將使負荷變化比率與權(quán)重系數(shù)建立了對應(yīng)關(guān)系的表、函數(shù)預先記錄于存儲部，系數(shù)計算部58讀入該表等，從而求出與所計算出的負荷變化對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。
[0089]為了獲取權(quán)重系數(shù)，也可以不計算基于負荷的實測值的負荷變化比率，而使用用于實現(xiàn)相對于負荷變化而時刻發(fā)生變化的燃氣渦輪的目標輸出的輸出變化的目標比率來代替負荷變化比率。該目標比率的值是燃氣渦輪輸出控制部在確定CSO的過程中計算的值。負荷變化比率計算部57從燃氣渦輪輸出控制部獲取相對于負荷變化的預先決定好的輸出變化的目標比率。然后，系數(shù)計算部58從該目標比率與權(quán)重系數(shù)的對應(yīng)表等獲取權(quán)重系數(shù)。
[0090]圖9是示出本發(fā)明所涉及的第三實施方式中的燃料分配控制的一例的圖。[0091 ]使用圖9對本實施方式的燃料分配控制進行說明。
[0092]首先，負荷變化比率計算部57計算負荷變化比率(109)。然后，負荷變化比率計算部57將計算出的負荷變化比率向系數(shù)計算部58輸出。系數(shù)計算部58基于獲取到的負荷變化比率，根據(jù)將該負荷變化比率與權(quán)重系數(shù)建立了對應(yīng)關(guān)系的表、函數(shù)而獲取與負荷變化比率相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)(110)，并向燃氣渦輪輸出修正量計算部56輸出。
[0093]燃氣渦輪輸出修正量計算部56與第二實施方式相同地，基于CSO而計算燃氣渦輪輸出修正量(106)。然后，燃氣渦輪輸出修正量計算部56將計算出的燃氣渦輪輸出修正量和從系數(shù)計算部58獲取到的與負荷變化比率相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)相乘，來計算與負荷變化比率相應(yīng)的燃氣渦輪輸出修正量(111)。燃氣渦輪輸出修正量計算部56將所計算出的與負荷變化比率相應(yīng)的燃氣渦輪輸出修正量向燃氣渦輪輸出預測值計算部51輸出。燃氣渦輪輸出預測值計算部51將燃氣渦輪輸出值和從燃氣渦輪輸出修正量計算部56獲取到的修正量相加來計算燃氣渦輪輸出預測值(108)。關(guān)于以下的工序，與第一實施方式相同，故省略說明。
[0094]需要說明的是，在代替負荷變化比率而使用目標比率的情況下，負荷變化比率計算部57從燃氣渦輪輸出控制部獲取目標比率(109)，并向系數(shù)計算部58輸出。系數(shù)計算部58根據(jù)將目標比率與權(quán)重系數(shù)建立了對應(yīng)關(guān)系的表、函數(shù)，來計算與目標比率相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)(110)，并向燃氣渦輪輸出修正量計算部56輸出。以下的工序與使用負荷變化比率的情況相同。
[0095]根據(jù)本實施方式，能夠獲得與負荷變化比率相應(yīng)的燃氣渦輪輸出修正量。由此，能夠基于更正確的渦輪入口溫度推斷值來進行燃料的分配比控制，從而能夠進一步減少燃燒振動的產(chǎn)生風險。
[0096]〈第四實施方式〉
[0097]以下，參照圖10?圖11對本發(fā)明的第四實施方式的燃料控制裝置進行說明。
[0098]圖10是示出本實施方式中的燃料控制裝置的一例的框圖。
[0099]如圖10所示，在本實施方式中，燃料控制裝置50具備負荷變化比率判斷部59來代替系數(shù)計算部58。其他結(jié)構(gòu)與第三實施方式相同。
[0100]負荷變化比率判斷部59獲取負荷變化比率計算部57計算出的負荷變化比率，并將該值與預先設(shè)定且記錄于存儲部的閾值Q比較。若負荷變化比率為閾值Q以上，則負荷變化比率判斷部59將預先決定的權(quán)重系數(shù)P向燃氣渦輪輸出修正量計算部56輸出。另外，若負荷變化比率小于閾值Q，則負荷變化比率判斷部59對權(quán)重系數(shù)設(shè)定值“O”并向燃氣渦輪輸出修正量計算部56輸出。該閾值Q是用于對是否將燃氣渦輪輸出修正量計算部56計算出的修正量反映到燃氣渦輪輸出值中進行判斷的值。
[0101]圖11是示出本發(fā)明所涉及的第四實施方式中的燃料分配控制的一例的圖。
[0102]使用圖11對本實施方式的燃料分配控制進行說明。
[0103]首先，負荷變化比率計算部57計算負荷變化比率(109)。然后，負荷變化比率計算部57將計算出的負荷變化比率向負荷變化比率判斷部59輸出。負荷變化比率判斷部59對獲取到的負荷變化比率是否為閾值Q以上進行判斷。在為閾值Q以上的情況下，負荷變化比率判斷部59從存儲部讀出權(quán)重系數(shù)P，并向燃氣渦輪輸出修正量計算部56輸出。另外，在比閾值Q小的情況下，負荷變化比率判斷部59將值“O”向燃氣渦輪輸出修正量計算部56輸出
(112)0
[0104]燃氣渦輪輸出修正量計算部56與第二、三實施方式相同地，基于CSO而計算燃氣渦輪修正量，并乘以從負荷變化比率判斷部59獲取到的權(quán)重系數(shù)，從而計算燃氣渦輪輸出修正量(111)。燃氣渦輪輸出修正量計算部56將計算出的燃氣渦輪輸出修正量向燃氣渦輪輸出預測值計算部51輸出。在負荷變化比率比閾值Q小的情況下，權(quán)重系數(shù)為“O”，因此燃氣渦輪輸出修正量計算部56輸出的修正量為“O”。
[0105]燃氣渦輪輸出預測值計算部51將燃氣渦輪輸出值和從燃氣渦輪輸出修正量計算部56獲取到的修正量相加來計算燃氣渦輪輸出預測值(108)。在負荷變化比率比閾值Q小的情況下，修正量為0，因此燃氣渦輪輸出預測值計算部51將實測到的燃氣渦輪輸出值向渦輪入口溫度推斷部52輸出。關(guān)于以下的工序，與第一實施方式相同，故省略說明。
[0106]根據(jù)本實施方式，基于負荷變化比率的大小，僅在意料之中的負荷變化的情況下能夠利用基于CSO的修正量來修正燃氣渦輪輸出值的值。在實際運轉(zhuǎn)時，即便燃氣渦輪的輸出恒定，有時也產(chǎn)生燃料卡路里變化、燃料供給壓力變化等，伴隨著這些變化，CSO有時發(fā)生變動。于是，在第一?第三實施方式的情況下，受到變動的CSO的影響，渦輪入口溫度推斷值發(fā)生變動。根據(jù)本實施方式，能夠減少相對于上述外圍條件的變化而不適當?shù)剡M行燃料分配比的變更從而產(chǎn)生燃燒振動那樣的風險。
[0107]〈第五實施方式〉
[0108]以下，參照圖12?圖13對本發(fā)明的第五實施方式的燃料控制裝置進行說明。
[0109]圖12是示出本實施方式中的燃料控制裝置的一例的框圖。
[0110]如圖12所示，在本實施方式中，燃料控制裝置50具備負荷變化比率計算部57、系數(shù)計算部58、負荷變化比率判斷部59。其他結(jié)構(gòu)與第二實施方式相同。
[0111]圖13是示出本發(fā)明所涉及的第五實施方式中的燃料分配控制的一例的圖。
[0112]使用圖13對本實施方式的燃料分配控制進行說明。本實施方式是將第三實施方式和第四實施方式組合后的實施方式。
[0113]首先，負荷變化比率計算部57計算負荷變化比率(109)。然后，負荷變化比率計算部57將計算出的負荷變化比率向系數(shù)計算部58和負荷變化比率判斷部59輸出。
[0114]在系數(shù)計算部58中，與第三實施方式相同地，確定基于負荷變化比率的權(quán)重系數(shù)
(110)。然后，系數(shù)計算部58將該權(quán)重系數(shù)向負荷變化比率判斷部59輸出。
[0115]在負荷變化比率判斷部59中，對從負荷變化比率計算部57獲取到的負荷變化比率是否為閾值Q以上進行判斷，若該負荷變化比率為閾值Q以上，則將從系數(shù)計算部58獲取到的與負荷變化比率相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)向燃氣渦輪輸出修正量計算部56輸出。另外，在負荷變化比率比閾值Q小的情況下，負荷變化比率判斷部59將值“O”向燃氣渦輪輸出修正量計算部56 輸出(112)。
[0116]燃氣渦輪輸出修正量計算部56與第二?第四實施方式相同地，根據(jù)CSO來計算燃氣渦輪輸出修正值(106)，并乘以從負荷變化比率判斷部59獲取到的權(quán)重系數(shù)(111)。燃氣渦輪輸出預測值計算部51獲取該乘積值，并加上實際測定出的燃氣渦輪輸出值，從而計算燃氣渦輪輸出預測值(108)。
[0117]渦輪入口溫度推斷部52基于以上述方式計算出的燃氣渦輪輸出預測值、以及大氣溫度、大氣壓力、IGV開度指令值而計算渦輪入口溫度，燃料分配指令值計算部53基于該渦輪入口溫度來確定向各燃料系統(tǒng)供給的燃料的分配比。
[0118]根據(jù)本實施方式，能夠同時具有第二?四實施方式的效果。
[0119]需要說明的是，渦輪入口溫度推斷部52是燃燒溫度推斷值計算部的一例。另外，大氣壓力、大氣溫度是大氣條件的一例。另外，負荷變化比率、目標比率是表示每單位時間內(nèi)燃氣渦輪的輸出變化的值的一例。另外，IGV14是對與燃料混合而燃燒的空氣的量進行控制的閥的一例。
[0120]需要說明的是，上述的燃料控制裝置50在內(nèi)部具有計算機系統(tǒng)。而且，上述的燃料控制裝置50中的各處理的過程以程序的形式存儲于計算機可讀取的記錄介質(zhì)中，通過計算機讀出并執(zhí)行該程序來進行上述處理。在此，計算機可讀取的記錄介質(zhì)是指，磁盤、光磁盤、⑶-R0M、DVD-R0M、半導體存儲器等。另外，也可以通過通信線路將該計算機程序分發(fā)給計算機，收到該分發(fā)的計算機執(zhí)行該程序。
[0121]另外，上述程序也可以用于實現(xiàn)所述功能的一部分。此外，能夠利用與以已經(jīng)記錄于計算機系統(tǒng)的程序的組合來實現(xiàn)所述功能，也可以是所謂的差分文件(差分程序)。
[0122]此外，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，能夠?qū)⑸鲜龅膶嵤┓绞街械臉?gòu)成要素適當?shù)刂脫Q為公知的構(gòu)成要素。另外，該發(fā)明的技術(shù)范圍并不局限于上述的實施方式，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)能夠加以各種變更。
[0123]工業(yè)實用性
[0124]根據(jù)上述的燃料控制裝置、燃燒器、燃氣渦輪、控制方法以及程序，在負荷變化的過渡期也能夠抑制成為相對于渦輪入口溫度的目標的燃料系統(tǒng)燃料比與實際的燃料系統(tǒng)燃料比之間的偏差。
[0125]附圖標記說明
[0126]10燃氣渦輪
[0127]11空氣壓縮機
[0128]12燃燒器
[0129]13 渦輪
[0130]14 IGV
[0131]15 轉(zhuǎn)子
[0132]16發(fā)電機
[0133]17電力計
[0134]18先導系統(tǒng)燃料流量調(diào)節(jié)閥
[0135]19主系統(tǒng)燃料流量調(diào)節(jié)閥
[0136]20頂環(huán)系統(tǒng)燃料流量調(diào)節(jié)閥
[0137]21燃料供給裝置
[0138]22壓力計
[0139]23溫度計
[0140]50燃料控制裝置
[0141]51燃氣渦輪輸出預測值計算部
[0142]52渦輪入口溫度推斷部
[0143]53燃料分配指令值計算部
[0144]54全部燃料流量計算部
[0145]55閥開度計算部
[0146]56燃氣渦輪輸出修正量計算部
[0147]57負荷變化比率計算部
[0148]58系數(shù)計算部
[0149]59負荷變化比率判斷部
【主權(quán)項】
1.一種燃料控制裝置，其中， 所述燃料控制裝置具備: 燃燒溫度推斷值計算部，其使用大氣條件、對與燃料混合而燃燒的空氣的量進行控制的閥的開度指令值、以及基于燃料控制信號指令值而計算出的輸出預測值，來計算使所述燃料與流入的空氣的混合體燃燒的情況下的溫度推斷值，所述燃料控制信號指令值用于計算在多個燃料供給系統(tǒng)中流動的全部燃料流量； 燃料分配指令值計算部，其基于所述溫度推斷值，來計算表示從所述多個燃料供給系統(tǒng)輸出的燃料的分配的燃料分配指令值并輸出；以及 閥開度計算部，其根據(jù)所述燃料分配指令值和基于所述燃料控制信號指令值的全部燃料流量，來計算所述多個燃料供給系統(tǒng)的燃料流量調(diào)節(jié)閥的各閥開度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料控制裝置，其中， 所述燃料控制裝置具備燃氣渦輪輸出預測值計算部，該燃氣渦輪輸出預測值計算部基于燃料控制信號指令值與燃氣渦輪的輸出值之間的預先決定的對應(yīng)關(guān)系、以及所述燃料控制信號指令值，來計算所述輸出預測值。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料控制裝置，其中， 所述燃料控制裝置具備: 燃氣渦輪輸出修正量計算部，其基于燃料控制信號指令值與用于修正燃氣渦輪的輸出的值之間的預先決定的對應(yīng)關(guān)系、以及所述燃料控制信號指令值，來計算對所述輸出預測值進行修正的燃氣渦輪輸出修正量；以及 燃氣渦輪輸出預測值計算部，其使用燃氣渦輪的輸出值的實測值和所述燃氣渦輪輸出修正量來計算所述輸出預測值。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料控制裝置，其中， 所述燃料控制裝置具備系數(shù)計算部，該系數(shù)計算部根據(jù)表示每單位時間內(nèi)燃氣渦輪的輸出變化的值，來計算相對于所述燃氣渦輪輸出修正量的權(quán)重系數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的燃料控制裝置，其中， 所述燃料控制裝置具備負荷變化比率判斷部，該負荷變化比率判斷部檢測每單位時間內(nèi)燃氣渦輪的輸出變化，當該輸出變化小于規(guī)定的值時，將所述燃氣渦輪輸出修正量設(shè)定為O O6.—種燃燒器，其中， 所述燃燒器具備權(quán)利要求1至5中任一項所述的燃料控制裝置。7.—種燃氣渦輪，其中， 所述燃氣渦輪具備權(quán)利要求1至5中任一項所述的燃料控制裝置。8.—種控制方法，其中， 在所述控制方法中， 燃料控制裝置使用大氣條件、對與燃料混合而燃燒的空氣的量進行控制的閥的開度指令值、以及基于燃料控制信號指令值而計算出的輸出預測值，來計算使所述燃料與流入的空氣的混合體燃燒的情況下的溫度推斷值，所述燃料控制信號指令值用于計算在多個燃料供給系統(tǒng)中流動的全部燃料流量， 燃料控制裝置基于所述溫度推斷值，來計算表示從所述多個燃料供給系統(tǒng)輸出的燃料的分配的燃料分配指令值并輸出， 燃料控制裝置根據(jù)所述燃料分配指令值和基于所述燃料控制信號指令值的全部燃料流量，來計算所述多個燃料供給系統(tǒng)的燃料流量調(diào)節(jié)閥的各閥開度。9.一種程序，其中， 所述程序用于使燃料控制裝置的計算機作為如下單元而發(fā)揮功能: 使用大氣條件、對與燃料混合而燃燒的空氣的量進行控制的閥的開度指令值、以及基于燃料控制信號指令值而計算出的輸出預測值，來計算使所述燃料與流入的空氣的混合體燃燒的情況下的溫度推斷值的單元，所述燃料控制信號指令值用于計算在多個燃料供給系統(tǒng)中流動的全部燃料流量； 基于所述溫度推斷值，來計算表示從所述多個燃料供給系統(tǒng)輸出的燃料的分配的燃料分配指令值的單元；以及 根據(jù)所述燃料分配指令值和基于所述燃料控制信號指令值的全部燃料流量，來計算所述多個燃料供給系統(tǒng)的燃料流量調(diào)節(jié)閥的各閥開度的單元。
【文檔編號】F02C9/00GK105849389SQ201580003311
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年2月16日
【發(fā)明人】山本圭介, 園田隆, 齋藤昭彥, 藤井文倫, 中原永, 羽賀僚, 羽賀僚一, 竹中竜兒, 巖崎好史, 秋月涉, 松見勇, 澄村尚宏, 吉岡真, 吉岡真一
【申請人】三菱日立電力系統(tǒng)株式會社