燃料控制装置、燃烧器、燃气涡轮、控制方法以及程序的制作方法
【专利摘要】燃料控制装置具备：燃烧温度推断值计算部，其使用大气条件、对与燃料混合而燃烧的空气的量进行控制的阀的开度指令值、以及基于燃料控制信号指令值而计算出的输出预测值，计算使所述燃料与流入的空气的混合体燃烧的情况下的温度推断值，该燃料控制信号指令值用于计算在多个燃料供给系统中流动的全部燃料流量；燃料分配指令值计算部，其基于所述温度推断值来计算表示从所述多个燃料供给系统输出的燃料的分配的燃料分配指令值并输出；以及阀开度计算部，其根据所述燃料分配指令值和基于所述燃料控制信号指令值的全部燃料流量来计算所述多个燃料供给系统的燃料流量调节阀的各阀开度。
【专利说明】
燃料控制装置、燃烧器、燃气涡轮、控制方法以及程序
技术领域
[0001]本发明涉及燃料控制装置、燃烧器、燃气涡轮、控制方法以及程序。
[0002]本申请基于2014年2月26日在日本申请的特愿2014-034871号而主张优先权，并将其内容援引于此。
【背景技术】
[0003]关于燃料向燃气涡轮的燃烧器的供给，从燃烧的效率、稳定性的观点出发，有时分为多个系统而供给燃料。在这种情况下，需要考虑燃料向各个系统的分配。
[0004]图14是示出现有的燃气涡轮的燃料分配控制的一例的图。如图14所示，现有的燃料控制装置基于大气压力、大气温度、IGV(Inlet Guide Vane)开度指定值、燃气涡轮输出值来推断涡轮的入口处的燃烧气体的温度，基于该涡轮入口温度推断值，计算出向各系统分配的燃料的比率。而且，燃料控制装置根据向各系统分配的分配比率、基于燃料控制信号指令值(CSO)的全部燃料流量，来确定向各燃料系统的喷嘴供给的燃料供给量，从而控制在各个系统中设置的燃料流量调节阀的阀开度。
[0005]另外，在燃气涡轮的燃烧器中，已知在例如从多个系统供给的燃料的分配比发生变化的情况下等产生燃烧振动。燃烧振动是燃烧器内的压力变动，由于给燃烧器、燃气涡轮的部件带来损伤，因此需要抑制燃烧振动(参照专利文献I)。
[0006]图15是示出现有的负荷变化时的向某一燃料系统分配的燃料分配比与涡轮入口温度之间的关系的一例的图。如该图所示，根据燃料分配比和涡轮入口温度的值，存在产生燃烧振动的区域(区域74、区域75)。另外，目标运转线71示出表示不产生这种燃烧振动的燃料分配比与涡轮入口温度之间的关系的目标运转线。期望在燃料控制装置中控制向各系统供给的燃料的分配比，以便成为目标运转线71所示那样的、可以避免燃烧振动产生区域的燃料分配比。
[0007]在先技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2012-92681号公报
【发明内容】
[0010]发明要解决的课题
[0011]当燃气涡轮的输出发生变动时，与此相伴地，涡轮的入口温度也发生变化。尤其是在该变动急剧的情况下等，如上述那样计算出的涡轮入口温度推断值赶不上实际的燃气涡轮入口温度的变化。在该情况下，表示燃料控制装置基于该涡轮入口温度推断值而计算出的燃料分配比与实际的燃气涡轮入口温度之间的关系的运转线有时被包含在燃烧振动产生区域中。例如，运转线72是提高负荷时的运转线的一例，运转线73是降低负荷时的运转线的一例。无论哪种情况，均可能产生燃烧振动。
[0012]本发明提供一种能够解决上述的课题的燃料控制装置、燃烧器、燃气涡轮、控制方法以及程序。
[0013]解决方案
[0014]根据本发明的第一方式，燃料控制装置具备:燃烧温度推断值计算部，其使用大气条件、对与燃料混合而燃烧的空气的量进行控制的阀的开度指令值、以及基于燃料控制信号指令值而计算出的输出预测值，来计算使所述燃料与流入的空气的混合体燃烧的情况下的温度推断值，所述燃料控制信号指令值用于计算在多个燃料供给系统中流动的全部燃料流量;燃料分配指令值计算部，其基于所述温度推断值，来计算表示从所述多个燃料供给系统输出的燃料的分配的燃料分配指令值并输出；以及阀开度计算部，其根据所述燃料分配指令值和基于所述燃料控制信号指令值的全部燃料流量，来计算所述多个燃料供给系统的燃料流量调节阀的各阀开度。
[0015]根据本发明的第二方式，所述燃料控制装置具备燃气涡轮输出预测值计算部，该燃气涡轮输出预测值计算部基于燃料控制信号指令值与燃气涡轮的输出值之间的预先决定的对应关系、以及所述燃料控制信号指令值，来计算所述输出预测值。
[0016]根据本发明的第三方式，所述燃料控制装置具备:燃气涡轮输出修正量计算部，其基于燃料控制信号指令值与用于修正燃气涡轮的输出的值之间的预先决定的对应关系、以及所述燃料控制信号指令值，来计算对所述输出预测值进行修正的燃气涡轮输出修正量；以及燃气涡轮输出预测值计算部，其使用燃气涡轮的输出值的实测值和所述燃气涡轮输出修正量来计算所述输出预测值。
[0017]根据本发明的第四方式，所述燃料控制装置具备系数计算部，该系数计算部根据表示每单位时间内燃气涡轮的输出变化的值，来计算相对于所述燃气涡轮输出修正量的权重系数。
[0018]根据本发明的第五方式，所述燃料控制装置具备负荷变化比率判断部，该负荷变化比率判断部检测每单位时间内燃气涡轮的输出变化，当该输出变化小于规定的值时，将所述燃气涡轮输出修正量设定为O。
[0019]根据本发明的第六方式，燃烧器具备上述的燃料控制装置。
[0020]根据本发明的第七方式，燃气涡轮具备上述的燃料控制装置。
[0021]根据本发明的第八方式，在控制方法中，燃料控制装置使用大气条件、对与燃料混合而燃烧的空气的量进行控制的阀的开度指令值、以及基于燃料控制信号指令值而计算出的输出预测值，来计算使所述燃料与流入的空气的混合体燃烧的情况下的温度推断值，所述燃料控制信号指令值用于计算在多个燃料供给系统中流动的全部燃料流量;基于所述温度推断值，来计算表示从所述多个燃料供给系统输出的燃料的分配的燃料分配指令值并输出；根据所述燃料分配指令值和基于所述燃料控制信号指令值的全部燃料流量，来计算所述多个燃料供给系统的燃料流量调节阀的各阀开度。
[0022]根据本发明的第九方式，程序用于使燃料控制装置的计算机作为如下单元而发挥功能:使用大气条件、对与燃料混合而燃烧的空气的量进行控制的阀的开度指令值、以及基于燃料控制信号指令值而计算出的输出预测值，来计算使所述燃料与流入的空气的混合体燃烧的情况下的温度推断值的单元，所述燃料控制信号指令值用于计算在多个燃料供给系统中流动的全部燃料流量;基于所述温度推断值，来计算表示从所述多个燃料供给系统输出的燃料的分配的燃料分配指令值的单元；以及根据所述燃料分配指令值和基于所述燃料控制信号指令值的全部燃料流量，来计算所述多个燃料供给系统的燃料流量调节阀的各阀开度的单元。
[0023]发明效果
[0024]根据上述的燃料控制装置、燃烧器、燃气涡轮、控制方法以及程序，在负荷变化的过渡期也能够抑制成为相对于涡轮入口温度的目标的燃料系统燃料比与实际的燃料系统燃料比之间的偏差。
【附图说明】
[0025]图1是本发明所涉及的第一实施方式中的燃气涡轮设备的系统图。
[0026]图2是示出本发明所涉及的第一实施方式中的燃料控制装置的一例的框图。
[0027]图3是示出本发明所涉及的第一实施方式中的燃料分配控制的一例的图。
[0028]图4是示出应用本发明所涉及的第一实施方式中的燃料分配控制后的结果的一例的图。
[0029]图5是示出本发明所涉及的第一实施方式中的燃料分配控制的变形例的图。
[0030]图6是示出本发明所涉及的第二实施方式中的燃料控制装置的一例的框图。
[0031]图7是示出本发明所涉及的第二实施方式中的燃料分配控制的一例的图。
[0032]图8是示出本发明所涉及的第三实施方式中的燃料控制装置的一例的框图。
[0033]图9是示出本发明所涉及的第三实施方式中的燃料分配控制的一例的图。
[0034]图10是示出本发明所涉及的第四实施方式中的燃料控制装置的一例的框图。
[0035]图11是示出本发明所涉及的第四实施方式中的燃料分配控制的一例的图。
[0036]图12是示出本发明所涉及的第五实施方式中的燃料控制装置的一例的框图。
[0037]图13是示出本发明所涉及的第五实施方式中的燃料分配控制的一例的图。
[0038]图14是示出现有的燃气涡轮燃料分配控制的一例的图。
[0039]图15是示出现有的负荷变化时的燃料分配比与涡轮入口温度之间的关系的一例的图。
【具体实施方式】
[0040]〈第一实施方式〉
[0041]以下，参照图1?图5对本发明的第一实施方式的燃料控制装置进行说明。
[0042]图1是本实施方式中的燃气涡轮设备的系统图。
[0043]如图1所示，本实施方式的燃气涡轮设备具备:燃气涡轮10、通过燃气涡轮10的驱动来进行发电的发电机16、以及控制燃气涡轮10的行为的燃料控制装置50。燃气涡轮10和发电机16由转子15连结。
[0044]燃气涡轮10具备:对空气进行压缩而生成压缩空气的空气压缩机11、将压缩空气和可燃气体混合而使其燃烧并生成高温的燃烧气体的燃烧器12、以及利用燃烧气体进行驱动的涡轮13。
[0045]在空气压缩机11上设有IGV14。IGV14对空气向空气压缩机11的流入进行调整。在空气压缩机11的入口侧设有压力计22、温度计23。压力计22测定大气压力并向燃料控制装置50输出。温度计23测定大气温度并向燃料控制装置50输出。
[0046]燃烧器12与向燃烧器12供给燃料的燃料供给装置21连接。从多个燃料供给系统(先导(pilot)系统、主系统、顶环(top hat)系统)向燃烧器12供给燃料。因此，在燃料供给装置21与燃烧器12之间设有按照燃料系统调节燃料的流量的阀、S卩，先导系统燃料流量调节阀18、主系统燃料流量调节阀19、以及顶环系统燃料流量调节阀20。
[0047]在发电机16上配备有电力计17，该电力计17测定发电机16的发电电力，并向燃料控制装置50输出。
[0048]燃料控制装置50确定对各燃料系统分配的燃料的分配比，并调整各燃料供给系统所具备的燃料流量调节阀的阀开度。换句话说，燃料控制装置50对先导系统燃料流量调节阀18、主系统燃料流量调节阀19、顶环系统燃料流量调节阀20的阀开度进行调整，并控制从各系统的喷嘴流入燃烧器的燃料流量。
[0049]图2是示出本发明所涉及的第一实施方式中的燃料控制装置的一例的框图。
[0050]燃气涡轮输出预测值计算部51从控制燃气涡轮的输出的燃气涡轮输出控制部(未图示)获取燃料控制信号指令值(CS0:Control Signal Output)，并基于CSO来计算燃气祸轮的输出预测值(MW)。燃料控制信号指令值(CSO)是指，控制向燃烧器供给的燃料流量的控制输出信号。燃气涡轮输出预测值的计算例如按照以下的方式来进行。将CSO与燃气涡轮输出预测值建立了对应关系的表、函数被存储于燃料控制装置50具备的存储部(未图示)，燃气涡轮输出预测值计算部51基于获取到的CSO而读入该表并获取燃气涡轮输出预测值。或者，在相对于所希望的CSO的输出预测值不存在于表中的情况下，燃气涡轮输出预测值计算部51使用所读出的燃气涡轮输出预测值来进行插值计算，从而计算燃气涡轮输出预测值。该CSO与燃气涡轮输出预测值的对应关系预先通过进行模拟、实验等来确定。存储部也可以是与燃料控制装置50连接的存储装置。
[0051]涡轮入口温度推断部52推断涡轮的入口处的燃烧气体的温度。更详细地说，涡轮入口温度推断部52从压力计22获取大气压力，从温度计23获取大气温度，从IGV控制装置(未图示)获取IGV开度指令值，从燃气涡轮输出预测值计算部51获取燃气涡轮输出预测值，并基于这些值来推断涡轮的入口处的燃烧气体的温度(涡轮入口温度推断值)。关于推断涡轮入口温度的方法，例如日本特开2007-77867号公报中具有记载。说明概要的话，预先准备出规定了各IGV开度中的燃气涡轮输出与涡轮入口温度之间的关系的表、规定了各IGV开度中的大气温度与燃气涡轮输出之间的关系的表等。在所记载的方法中，使用这些表来求出IGV开度、大气温度、燃气涡轮输出、以及涡轮入口温度的关系。在所记载的方法中，还利用规定的方法来求出考虑了大气压比的燃气涡轮输出与涡轮入口温度的关系，使用该对应关系，来推断考虑了大气条件的规定的IGV开度中的与燃气涡轮输出对应的涡轮入口温度。
[0052]燃料分配指令值计算部53基于涡轮入口温度推断部52推断出的涡轮入口温度推断值，根据存储部存储的将涡轮入口温度推断值与例如向先导喷嘴供给的燃料的分配比建立了对应关系的表、函数，读出向先导喷嘴分配的分配比。同样，燃料分配指令值计算部53根据将涡轮入口温度推断值与向顶环喷嘴供给的燃料的分配比建立了对应关系的表、函数，读出向顶环喷嘴分配的分配比。然后，燃料分配指令值计算部53在分配比由百分比表示的情况下，将向先导喷嘴以及顶环喷嘴分配的分配比之和从100%减去，从而计算剩余的向主喷嘴供给的燃料的分配比。燃料分配指令值计算部53在计算出向各燃料系统分配的分配比之后，将该分配比(燃料分配指令值)向阀开度计算部55输出。需要说明的是，在未从确定了涡轮入口温度推断值和各燃料的分配比的表等读出成为对象的涡轮入口温度推断值中的燃料的分配比的情况下，也可以通过插值计算来计算分配比。
[0053]全部燃料流量计算部54从燃气涡轮输出控制部获取CSO，并计算该CSO所示的全部燃料流量。全部燃料流量表示向燃烧器供给的燃料流量，是向各系统分配的燃料的合计。全部燃料流量的计算根据记录于存储部的CSO与全部燃料流量值的对应表、函数来进行。全部燃料流量计算部54将全部燃料流量的信息向阀开度计算部55输出。
[0054]阀开度计算部55基于燃料分配指令值和全部燃料流量，来计算在各燃料系统设置的流量调节阀的阀开度。具体地说，阀开度计算部55对全部燃料流量乘以向各系统分配的分配比来计算向各系统供给的燃料流量。然后，阀开度计算部55使用按照各流量调节阀准备的、燃料流量与阀开度指令值的对应表、函数，来计算各个流量调节阀的阀开度。然后，阀开度计算部55基于所计算出的阀开度，来控制先导系统燃料流量调节阀18、主系统燃料流量调节阀19、顶环系统燃料流量调节阀20。需要说明的是，燃料流量与阀开度指令值的对应表、函数被存储于存储部。
[0055]图3是示出本发明所涉及的第一实施方式中的燃料分配控制的一例的图。
[0056]使用图3对本实施方式的燃料分配控制进行说明。
[0057]首先，燃气涡轮输出预测值计算部51从燃气涡轮输出控制部获取CS0。燃气涡轮输出预测值计算部51使用所获取到的CS0，参照预先记录好的CSO与燃气涡轮输出预测值的对应表来计算燃气涡轮输出预测值(100)。
[0058]接下来，涡轮入口温度推断部52从压力计22获取大气压力，从温度计23获取大气温度。另外，涡轮入口温度推断部52从IGV控制装置获取IGV开度指令值。另外，涡轮入口温度推断部52获取燃气涡轮输出预测值计算部51所推断出的涡轮入口温度推断值。然后，涡轮入口温度推断部52使用这些参数并按照规定的方法来推断涡轮入口温度(101)。
[0059]接着，燃料分配指令值计算部53基于涡轮入口温度来计算向各燃料供给系统供给的燃料的分配比(102)。燃料分配指令值计算部53将分配比的信息向阀开度计算部55输出。
[0060]另一方面，全部燃料流量计算部54从燃气涡轮输出控制部获取CS0，并计算全部燃料流量(103)。全部燃料流量计算部54将全部燃料流量的信息向阀开度计算部55输出。
[0061]阀开度计算部55对全部燃料流量乘以各燃料系统的分配比，并计算向各燃料系统供给的燃料流量(104)。阀开度计算部55根据向各系统供给的燃料流量来计算各系统的流量调节阀的阀开度(105)。然后，阀开度计算部55基于所计算出的阀开度指令值来控制各流量调节阀。
[0062]图4是示出应用本发明所涉及的第一实施方式中的燃料分配控制后的结果的一例的图。
[0063]如图4所示，在应用本实施方式的燃料分配控制而进行了负荷的增减的情况下，与使用图15说明过的现有的结果不同，提高负荷时的运转线72、降低负荷时的运转线73均不存在包含于燃烧振动产生区域的部分。
[0064]在现有的方法中，根据实际的燃气涡轮的输出来确定涡轮入口温度推断值。在该情况下，现有的燃料控制装置确定燃料的分配比，并进行实际上向各系统供给燃料的控制，其结果是，在燃气涡轮的输出成为所希望的值之前，因各种因素产生延迟。各种因素例如具有:机械方面的延迟(阀动作延迟、压力响应延迟、燃烧延迟)、从信号除去噪声的滤波器处理等需要时间等的控制方面的延迟。根据现有的方法，在负荷的变动急剧的情况下，基于与实际的燃气涡轮的输出相应的涡轮入口温度推断值来确定燃料分配比。因此，基于所确定的分配比，在实际控制阀开度时，燃气涡轮的输出值已经发生变化，从而产生基于先计算出的阀开度的控制与实际状态不吻合的情况。
[0065]但是，根据本实施方式，使用基于CSO的燃气涡轮输出的预测值来计算涡轮入口温度推断值，由此能够优先补偿在现有的方法中容易产生的、通过反馈实际的燃气涡轮输出值而计算涡轮入口温度推断值的、涡轮入口温度推断值的时间延迟。由此，在负荷变化的过渡时，也能够减小运转线与目标运转线之间的偏差，从而能够避免燃烧振动的产生。
[0066]图5是示出本发明所涉及的第一实施方式中的燃料分配控制的变形例的图。
[0067]在该变形例中，燃气涡轮的输出预测值的计算还使用CSO以外的参数。具体地说，参数是指，大气温度、大气压力、IGV开度指令值、燃料卡路里中的至少一个。关于其他工序，与第一实施方式相同。
[0068]燃气涡轮输出预测值计算部51基于CSO来计算燃气涡轮输出预测值(100)。另外，燃气涡轮输出预测值计算部51获取上述参数中的至少一个。关于各个参数，燃气涡轮输出预测值计算部51从压力计22获取大气压力，从温度计23获取大气温度，从IGV控制装置获取IGV开度指令值，从燃料系统所具备的热量计(未图示)获取燃料卡路里。燃气涡轮输出预测值计算部51使用所获取到的参数，从存储部读取按照各参数预先准备的、将各个参数的值与燃气涡轮输出预测值的修正量建立了对应关系的表，基于该表来计算修正量(100B)。燃气涡轮输出预测值计算部51对基于CSO而计算出的燃气涡轮输出预测值乘以(或者加上)该修正量，从而求出修正后的燃气涡轮输出预测值。
[0069]根据该变形例，能够基于与实际的大气温度、大气压力、IGV开度指令值、燃料卡路里相应的燃气涡轮输出预测值来计算燃料分配比。因此，能够实现反映更实际的环境的燃料流量的控制，从而能够进一步抑制燃烧变动的风险。需要说明的是，这些参数能够组合使用。
[0070]〈第二实施方式〉
[0071]以下，参照图6?图7对本发明的第二实施方式的燃料控制装置进行说明。
[0072]图6是示出本实施方式中的燃料控制装置的一例的框图。
[0073]如图6所示，在本实施方式中，燃料控制装置50具备燃气涡轮输出修正量计算部56。另外，燃气涡轮输出预测值计算部51计算燃气涡轮的预料输出值的方法与第一实施方式不同。其他结构与第一实施方式相同。
[0074]燃气涡轮输出修正量计算部56从燃气涡轮输出控制部获取CSO，基于该CSO来计算燃气涡轮的输出值的修正量。燃气涡轮输出值修正量的计算以如下方式来进行:将使CSO与燃气涡轮输出值修正量建立了对应关系的表、包含微分器的函数预先记录于存储部，燃气涡轮输出修正量计算部56使用所获取到的CSO读入该表等，从而求出燃气涡轮输出值修正量。
[0075]接下来，燃气涡轮输出修正量计算部56从存储部读入预先确定好的权重系数P，并对从燃气涡轮输出修正量计算部56获取到的燃气涡轮输出修正量乘以权重系数P。然后，燃气涡轮输出修正量计算部56将乘以该系数P后的修正量向燃气涡轮输出预测值计算部51输出。
[0076]燃气涡轮输出预测值计算部51获取由电力计17测定出的发电机16的输出值(燃气涡轮输出值)。然后，燃气涡轮输出预测值计算部51根据该燃气涡轮输出值和从燃气涡轮输出修正量计算部56获取到的燃气涡轮输出修正量来计算燃气涡轮输出预测值。
[0077]图7是示出本发明所涉及的第二实施方式中的燃料分配控制的一例的图。
[0078]使用图7对本实施方式的燃料分配控制进行说明。
[0079]首先，燃气涡轮输出修正量计算部56从燃气涡轮输出控制部获取CS0。燃气涡轮输出修正量计算部56使用所获取到的CS0，参照预先记录好的CSO与燃气涡轮输出修正量的对应表来计算燃气涡轮输出修正量(106)。或者，在相对于所希望的CSO的输出修正量不存在于表中的情况下，也可以通过插值计算来计算输出修正量。
[0080]接下来，燃气涡轮输出修正量计算部56从存储部读入预先确定好的系数P，并对燃气涡轮输出修正量乘以权重系数P(107)。然后，燃气涡轮输出修正量计算部56将乘以权重系数P后的修正量向燃气涡轮输出预测值计算部51输出。
[0081 ]另外，燃气涡轮输出预测值计算部51从电力计17获取燃气涡轮输出值。燃气涡轮输出预测值计算部51将燃气涡轮输出值和从燃气涡轮输出修正量计算部56获取到的修正量相加而计算燃气涡轮输出预测值(108)。关于以下的工序，与第一实施方式相同，故省略说明。
[0082]根据本实施方式，以燃气涡轮输出的实测值为基础，使用基于CSO而修正后的燃气涡轮输出预测值来推断涡轮入口温度。然后，根据该涡轮入口温度来确定向各燃料系统分配的燃料的分配比。由此，能够进行更符合实际状态的燃料的分配比控制，能够进一步减少燃烧振动的产生风险。例如因随时间老化等，CSO与燃气涡轮输出预测值之间的对应关系有时与设计时发生变化。在本实施方式中，由于使用获取了这些随时间老化等的实际状态的实际的燃气涡轮输出值，因此燃气涡轮输出预测值的精度更高。
[0083]〈第三实施方式〉
[0084]以下，参照图8?图9对本发明的第三实施方式的燃料控制装置进行说明。
[0085]图8是示出本实施方式中的燃料控制装置的一例的框图。
[0086]如图8所示，在本实施方式中，燃料控制装置50具备负荷变化比率计算部57、系数计算部58。其他结构与第二实施方式相同。
[0087]负荷变化比率计算部57从电力计17获取发电机16的输出测定值。负荷变化比率计算部57计算每单位时间内的负荷的变化。
[0088]系数计算部58获取与负荷变化比率计算部57所计算出的负荷变化比率相应的、相对于燃气涡轮输出修正量的权重系数。权重系数的计算以如下方式来进行:将使负荷变化比率与权重系数建立了对应关系的表、函数预先记录于存储部，系数计算部58读入该表等，从而求出与所计算出的负荷变化对应的权重系数。
[0089]为了获取权重系数，也可以不计算基于负荷的实测值的负荷变化比率，而使用用于实现相对于负荷变化而时刻发生变化的燃气涡轮的目标输出的输出变化的目标比率来代替负荷变化比率。该目标比率的值是燃气涡轮输出控制部在确定CSO的过程中计算的值。负荷变化比率计算部57从燃气涡轮输出控制部获取相对于负荷变化的预先决定好的输出变化的目标比率。然后，系数计算部58从该目标比率与权重系数的对应表等获取权重系数。
[0090]图9是示出本发明所涉及的第三实施方式中的燃料分配控制的一例的图。[0091 ]使用图9对本实施方式的燃料分配控制进行说明。
[0092]首先，负荷变化比率计算部57计算负荷变化比率(109)。然后，负荷变化比率计算部57将计算出的负荷变化比率向系数计算部58输出。系数计算部58基于获取到的负荷变化比率，根据将该负荷变化比率与权重系数建立了对应关系的表、函数而获取与负荷变化比率相应的权重系数(110)，并向燃气涡轮输出修正量计算部56输出。
[0093]燃气涡轮输出修正量计算部56与第二实施方式相同地，基于CSO而计算燃气涡轮输出修正量(106)。然后，燃气涡轮输出修正量计算部56将计算出的燃气涡轮输出修正量和从系数计算部58获取到的与负荷变化比率相应的权重系数相乘，来计算与负荷变化比率相应的燃气涡轮输出修正量(111)。燃气涡轮输出修正量计算部56将所计算出的与负荷变化比率相应的燃气涡轮输出修正量向燃气涡轮输出预测值计算部51输出。燃气涡轮输出预测值计算部51将燃气涡轮输出值和从燃气涡轮输出修正量计算部56获取到的修正量相加来计算燃气涡轮输出预测值(108)。关于以下的工序，与第一实施方式相同，故省略说明。
[0094]需要说明的是，在代替负荷变化比率而使用目标比率的情况下，负荷变化比率计算部57从燃气涡轮输出控制部获取目标比率(109)，并向系数计算部58输出。系数计算部58根据将目标比率与权重系数建立了对应关系的表、函数，来计算与目标比率相应的权重系数(110)，并向燃气涡轮输出修正量计算部56输出。以下的工序与使用负荷变化比率的情况相同。
[0095]根据本实施方式，能够获得与负荷变化比率相应的燃气涡轮输出修正量。由此，能够基于更正确的涡轮入口温度推断值来进行燃料的分配比控制，从而能够进一步减少燃烧振动的产生风险。
[0096]〈第四实施方式〉
[0097]以下，参照图10?图11对本发明的第四实施方式的燃料控制装置进行说明。
[0098]图10是示出本实施方式中的燃料控制装置的一例的框图。
[0099]如图10所示，在本实施方式中，燃料控制装置50具备负荷变化比率判断部59来代替系数计算部58。其他结构与第三实施方式相同。
[0100]负荷变化比率判断部59获取负荷变化比率计算部57计算出的负荷变化比率，并将该值与预先设定且记录于存储部的阈值Q比较。若负荷变化比率为阈值Q以上，则负荷变化比率判断部59将预先决定的权重系数P向燃气涡轮输出修正量计算部56输出。另外，若负荷变化比率小于阈值Q，则负荷变化比率判断部59对权重系数设定值“O”并向燃气涡轮输出修正量计算部56输出。该阈值Q是用于对是否将燃气涡轮输出修正量计算部56计算出的修正量反映到燃气涡轮输出值中进行判断的值。
[0101]图11是示出本发明所涉及的第四实施方式中的燃料分配控制的一例的图。
[0102]使用图11对本实施方式的燃料分配控制进行说明。
[0103]首先，负荷变化比率计算部57计算负荷变化比率(109)。然后，负荷变化比率计算部57将计算出的负荷变化比率向负荷变化比率判断部59输出。负荷变化比率判断部59对获取到的负荷变化比率是否为阈值Q以上进行判断。在为阈值Q以上的情况下，负荷变化比率判断部59从存储部读出权重系数P，并向燃气涡轮输出修正量计算部56输出。另外，在比阈值Q小的情况下，负荷变化比率判断部59将值“O”向燃气涡轮输出修正量计算部56输出
(112)0
[0104]燃气涡轮输出修正量计算部56与第二、三实施方式相同地，基于CSO而计算燃气涡轮修正量，并乘以从负荷变化比率判断部59获取到的权重系数，从而计算燃气涡轮输出修正量(111)。燃气涡轮输出修正量计算部56将计算出的燃气涡轮输出修正量向燃气涡轮输出预测值计算部51输出。在负荷变化比率比阈值Q小的情况下，权重系数为“O”，因此燃气涡轮输出修正量计算部56输出的修正量为“O”。
[0105]燃气涡轮输出预测值计算部51将燃气涡轮输出值和从燃气涡轮输出修正量计算部56获取到的修正量相加来计算燃气涡轮输出预测值(108)。在负荷变化比率比阈值Q小的情况下，修正量为0，因此燃气涡轮输出预测值计算部51将实测到的燃气涡轮输出值向涡轮入口温度推断部52输出。关于以下的工序，与第一实施方式相同，故省略说明。
[0106]根据本实施方式，基于负荷变化比率的大小，仅在意料之中的负荷变化的情况下能够利用基于CSO的修正量来修正燃气涡轮输出值的值。在实际运转时，即便燃气涡轮的输出恒定，有时也产生燃料卡路里变化、燃料供给压力变化等，伴随着这些变化，CSO有时发生变动。于是，在第一?第三实施方式的情况下，受到变动的CSO的影响，涡轮入口温度推断值发生变动。根据本实施方式，能够减少相对于上述外围条件的变化而不适当地进行燃料分配比的变更从而产生燃烧振动那样的风险。
[0107]〈第五实施方式〉
[0108]以下，参照图12?图13对本发明的第五实施方式的燃料控制装置进行说明。
[0109]图12是示出本实施方式中的燃料控制装置的一例的框图。
[0110]如图12所示，在本实施方式中，燃料控制装置50具备负荷变化比率计算部57、系数计算部58、负荷变化比率判断部59。其他结构与第二实施方式相同。
[0111]图13是示出本发明所涉及的第五实施方式中的燃料分配控制的一例的图。
[0112]使用图13对本实施方式的燃料分配控制进行说明。本实施方式是将第三实施方式和第四实施方式组合后的实施方式。
[0113]首先，负荷变化比率计算部57计算负荷变化比率(109)。然后，负荷变化比率计算部57将计算出的负荷变化比率向系数计算部58和负荷变化比率判断部59输出。
[0114]在系数计算部58中，与第三实施方式相同地，确定基于负荷变化比率的权重系数
(110)。然后，系数计算部58将该权重系数向负荷变化比率判断部59输出。
[0115]在负荷变化比率判断部59中，对从负荷变化比率计算部57获取到的负荷变化比率是否为阈值Q以上进行判断，若该负荷变化比率为阈值Q以上，则将从系数计算部58获取到的与负荷变化比率相应的权重系数向燃气涡轮输出修正量计算部56输出。另外，在负荷变化比率比阈值Q小的情况下，负荷变化比率判断部59将值“O”向燃气涡轮输出修正量计算部56 输出(112)。
[0116]燃气涡轮输出修正量计算部56与第二?第四实施方式相同地，根据CSO来计算燃气涡轮输出修正值(106)，并乘以从负荷变化比率判断部59获取到的权重系数(111)。燃气涡轮输出预测值计算部51获取该乘积值，并加上实际测定出的燃气涡轮输出值，从而计算燃气涡轮输出预测值(108)。
[0117]涡轮入口温度推断部52基于以上述方式计算出的燃气涡轮输出预测值、以及大气温度、大气压力、IGV开度指令值而计算涡轮入口温度，燃料分配指令值计算部53基于该涡轮入口温度来确定向各燃料系统供给的燃料的分配比。
[0118]根据本实施方式，能够同时具有第二?四实施方式的效果。
[0119]需要说明的是，涡轮入口温度推断部52是燃烧温度推断值计算部的一例。另外，大气压力、大气温度是大气条件的一例。另外，负荷变化比率、目标比率是表示每单位时间内燃气涡轮的输出变化的值的一例。另外，IGV14是对与燃料混合而燃烧的空气的量进行控制的阀的一例。
[0120]需要说明的是，上述的燃料控制装置50在内部具有计算机系统。而且，上述的燃料控制装置50中的各处理的过程以程序的形式存储于计算机可读取的记录介质中，通过计算机读出并执行该程序来进行上述处理。在此，计算机可读取的记录介质是指，磁盘、光磁盘、⑶-R0M、DVD-R0M、半导体存储器等。另外，也可以通过通信线路将该计算机程序分发给计算机，收到该分发的计算机执行该程序。
[0121]另外，上述程序也可以用于实现所述功能的一部分。此外，能够利用与以已经记录于计算机系统的程序的组合来实现所述功能，也可以是所谓的差分文件(差分程序)。
[0122]此外，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够将上述的实施方式中的构成要素适当地置换为公知的构成要素。另外，该发明的技术范围并不局限于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够加以各种变更。
[0123]工业实用性
[0124]根据上述的燃料控制装置、燃烧器、燃气涡轮、控制方法以及程序，在负荷变化的过渡期也能够抑制成为相对于涡轮入口温度的目标的燃料系统燃料比与实际的燃料系统燃料比之间的偏差。
[0125]附图标记说明
[0126]10燃气涡轮
[0127]11空气压缩机
[0128]12燃烧器
[0129]13 涡轮
[0130]14 IGV
[0131]15 转子
[0132]16发电机
[0133]17电力计
[0134]18先导系统燃料流量调节阀
[0135]19主系统燃料流量调节阀
[0136]20顶环系统燃料流量调节阀
[0137]21燃料供给装置
[0138]22压力计
[0139]23温度计
[0140]50燃料控制装置
[0141]51燃气涡轮输出预测值计算部
[0142]52涡轮入口温度推断部
[0143]53燃料分配指令值计算部
[0144]54全部燃料流量计算部
[0145]55阀开度计算部
[0146]56燃气涡轮输出修正量计算部
[0147]57负荷变化比率计算部
[0148]58系数计算部
[0149]59负荷变化比率判断部
【主权项】
1.一种燃料控制装置，其中， 所述燃料控制装置具备: 燃烧温度推断值计算部，其使用大气条件、对与燃料混合而燃烧的空气的量进行控制的阀的开度指令值、以及基于燃料控制信号指令值而计算出的输出预测值，来计算使所述燃料与流入的空气的混合体燃烧的情况下的温度推断值，所述燃料控制信号指令值用于计算在多个燃料供给系统中流动的全部燃料流量； 燃料分配指令值计算部，其基于所述温度推断值，来计算表示从所述多个燃料供给系统输出的燃料的分配的燃料分配指令值并输出；以及 阀开度计算部，其根据所述燃料分配指令值和基于所述燃料控制信号指令值的全部燃料流量，来计算所述多个燃料供给系统的燃料流量调节阀的各阀开度。2.根据权利要求1所述的燃料控制装置，其中， 所述燃料控制装置具备燃气涡轮输出预测值计算部，该燃气涡轮输出预测值计算部基于燃料控制信号指令值与燃气涡轮的输出值之间的预先决定的对应关系、以及所述燃料控制信号指令值，来计算所述输出预测值。3.根据权利要求1所述的燃料控制装置，其中， 所述燃料控制装置具备: 燃气涡轮输出修正量计算部，其基于燃料控制信号指令值与用于修正燃气涡轮的输出的值之间的预先决定的对应关系、以及所述燃料控制信号指令值，来计算对所述输出预测值进行修正的燃气涡轮输出修正量；以及 燃气涡轮输出预测值计算部，其使用燃气涡轮的输出值的实测值和所述燃气涡轮输出修正量来计算所述输出预测值。4.根据权利要求3所述的燃料控制装置，其中， 所述燃料控制装置具备系数计算部，该系数计算部根据表示每单位时间内燃气涡轮的输出变化的值，来计算相对于所述燃气涡轮输出修正量的权重系数。5.根据权利要求3或4所述的燃料控制装置，其中， 所述燃料控制装置具备负荷变化比率判断部，该负荷变化比率判断部检测每单位时间内燃气涡轮的输出变化，当该输出变化小于规定的值时，将所述燃气涡轮输出修正量设定为O O6.—种燃烧器，其中， 所述燃烧器具备权利要求1至5中任一项所述的燃料控制装置。7.—种燃气涡轮，其中， 所述燃气涡轮具备权利要求1至5中任一项所述的燃料控制装置。8.—种控制方法，其中， 在所述控制方法中， 燃料控制装置使用大气条件、对与燃料混合而燃烧的空气的量进行控制的阀的开度指令值、以及基于燃料控制信号指令值而计算出的输出预测值，来计算使所述燃料与流入的空气的混合体燃烧的情况下的温度推断值，所述燃料控制信号指令值用于计算在多个燃料供给系统中流动的全部燃料流量， 燃料控制装置基于所述温度推断值，来计算表示从所述多个燃料供给系统输出的燃料的分配的燃料分配指令值并输出， 燃料控制装置根据所述燃料分配指令值和基于所述燃料控制信号指令值的全部燃料流量，来计算所述多个燃料供给系统的燃料流量调节阀的各阀开度。9.一种程序，其中， 所述程序用于使燃料控制装置的计算机作为如下单元而发挥功能: 使用大气条件、对与燃料混合而燃烧的空气的量进行控制的阀的开度指令值、以及基于燃料控制信号指令值而计算出的输出预测值，来计算使所述燃料与流入的空气的混合体燃烧的情况下的温度推断值的单元，所述燃料控制信号指令值用于计算在多个燃料供给系统中流动的全部燃料流量； 基于所述温度推断值，来计算表示从所述多个燃料供给系统输出的燃料的分配的燃料分配指令值的单元；以及 根据所述燃料分配指令值和基于所述燃料控制信号指令值的全部燃料流量，来计算所述多个燃料供给系统的燃料流量调节阀的各阀开度的单元。
【文档编号】F02C9/00GK105849389SQ201580003311
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年2月16日
【发明人】山本圭介, 园田隆, 斋藤昭彦, 藤井文伦, 中原永, 羽贺僚, 羽贺僚一, 竹中竜儿, 岩崎好史, 秋月涉, 松见勇, 澄村尚宏, 吉冈真, 吉冈真一
【申请人】三菱日立电力系统株式会社