专利名称：燃气轮机控制装置，燃气轮机系统和燃气轮机控制方法
技术领域：
本发明涉及一种进行控制以抑制燃烧波动的燃气轮机控制装置，还涉及一种使用燃气轮机控制装置的燃气轮机系统和基于同一概念的燃气轮机控制方法。
背景技术：
在现有技术的燃气轮机中，提供到燃烧室的空气和燃料的流率是根据发电机的输出、大气的温度和湿度等预先决定的，并且利用这些决定的值实施燃气轮机的操作。但是，由于诸如压缩机性能降低、过滤器堵塞之类的老化损坏，存在着燃料和空气的实际流率偏离试验操作时的计划值或调节值的可能性。在这种情况下，存在着燃烧稳定性降低或产生燃烧波动的可能性。如果发生燃烧波动，那么会极大地妨碍燃气轮机的操作。也就是说，从工厂设施的维护和提高工厂的有效性的观点看，十分希望尽可能地抑制和避免燃烧波动。因此，为了保持燃烧稳定性和避免燃烧波动，熟练的操作人员每年要进行数次控制系统的调节，以便确认和维持燃烧稳定性，这导致了维修成本增加和有效性降低。
专利文献1(日本专利申请公开1997-269107)披露一种燃烧室的燃烧波动抑制设备及其方法。
这种燃烧室的燃烧波动抑制设备包括一个燃烧波动抑制部分。燃烧波动抑制部分包括一个执行燃烧室中压力传感器检测的燃气压力波动的频率分析的频率分析设备，一个根据频率分析设备分析的压力波动的频带处理波动稳定性的中央计算和处理单元，一个放大中央计算和处理单元的输出信号的电压放大器，和一个通过将放大的输出信号作为阀门打开和关闭信号提供到燃料阀而执行控制的控制部分。
这种波动抑制方法着眼于低频燃烧波动。也就是说，根据燃烧波动发生时的燃料与空气比，预测燃烧波动的频率。在低频燃烧波动的情况下，通过改变燃料与空气比，可以抑制低频燃烧波动的发生。由于低频燃烧波动有可能影响机器部件和组件，通过抑制低频燃烧波动，抑制了机器部件和组件的损坏。
但是，如上所述，专利文献1的燃烧波动抑制方法涉及低频燃烧波动。实际上由于各种原因，可以造成在燃气轮机中产生从低频到数千Hz的高频的大范围频带的燃烧波动。此外，可以同时在多个频带中产生燃烧波动。如果，仅根据低频带的燃烧波动改变燃料与空气比，那么可能对其它频带的燃烧波动造成不良影响。
以这种方式，通过仅仅简单地抑制低频的燃烧波动，难于有效地实现燃烧稳定性。
顺便说一下，燃烧波动抑制措施经常是刚好在燃烧波动产生之后执行控制以便避免燃烧波动的这样一种装置。因此，即使正在进行没有燃烧波动的稳定操作，由于其中使用了各种燃烧波动抑制装置，这种稳定状态可能包括一种几乎要发生燃烧波动的边界状态。
由于季节变化而空气温度或湿度相应地改变，或由于老化损坏而导致每个燃气轮机部件和组件的相应损坏或变形，等等，那么即使诸如空气温度或湿度之类的外部条件相同，燃烧状态也不会总是相同的。
此外，从经济观点看，进行没有燃烧波动的稳定操作的状态可能并不总是最好的。例如，专利文献2(日本专利申请公开2003-232230)中，为了将燃烧室排出的氮氧化物排放降低到目标水平，要对提供到多个燃烧室中每个燃烧室中的燃料进行控制。在这种方式中，优选是根据从包括不仅抑制燃烧波动而且也抑制排放等的各种不同观点平衡的条件，实施燃气轮机操作的控制。
但是，在这种情况下，在燃气轮机的控制中，仍然存在着提高稳定性、操作的经济性、环境保护性能等的大的空间。
发明内容
考虑到上述技术问题，本发明的一个目的是要提供一种即使在多个频带产生燃烧波动时也能有效地抑制燃烧波动的燃气轮机控制装置。
本发明的另一个目的是要提供一种在抑制燃烧波动的同时也能够进行稳定性、操作的经济性、和环境保护性能优秀的操作的燃气轮机控制装置。
出于上述目的，发明人进行了广泛的研究，并且提出了包括专利文献3至5(即，日本专利申请公开2002-47945，2002-54460和2003-65082)在内的多个建议。
在这些建议中，为了实现燃烧稳定性，披露了以下措施，即，对燃气轮机燃烧室中的压力波动进行频率分析，和将这种分析的结果划分成多个频带，以便在燃烧波动到达某个阈值或高于该阈值的频带中调节燃料与空气比，从而抑制燃烧波动，或根据得到的数据，建立一个公式模型，以便预报可能产生燃烧波动的区域。
根据上述这些建议，本发明致力于通过以下措施以获得进一步的改进一种根据本发明的燃气轮机控制装置的特征在于包括频率分析部分，用于对燃气轮机燃烧室中的压力或加速度的波动进行频率分析并且输出将频率分析的结果划分成多个频带的划分成频带的分析结果；优先次序信息包容部分，用于包容为多个频带设定的优先次序的信息；燃烧特性掌握部分，用于根据划分成频带的分析结果和燃气轮机的过程数据掌握燃气轮机的燃烧波动特性；和控制部分，用于在燃烧特性掌握部分掌握到多个频带中产生的燃烧波动时，根据包容在优先次序信息包容部分中的优先次序的信息，调节提供到燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个从而抑制一个高优先次序的频带的燃烧波动。
因此，即使在多个频带中产生燃烧波动时，也能执行调节从而抑制高优先次序的频带的燃烧波动和能够有效地抑制具有高妨碍危险性或高妨碍可能性的燃烧波动。
优选的是，在控制部分进行调节时，控制部分将调节内容和有关由于调节的结果燃烧室中的燃烧状态的改变的信息存储着在一个数据库中。如果将所存储的数据反映在控制部分的调节内容上，那么这种燃气轮机控制装置可以具有学习功能。
此外，在诸如显示标准燃烧特性的公式模型或燃气轮机操作的限制信息之类的信息是通过根据存储在另一个燃气轮机中的数据库中的信息进行分析而获得的情况下，本发明的燃气轮机控制装置可以进一步包括其中包含着诸如公式模型或限制信息之类的信息的基本数据库。在这种情况下，控制部分根据包含在基本数据库中的诸如公式模型或限制信息之类的信息，调节提供给燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个。此外，如果根据熟练的调节操作人员的经验预先准备了包容“对于某某情况如此这般调节”这样的信息的表或数据库，那么根据这种信息进行控制也是非常有效的。优选的是，也将由于上所述根据熟练的调节操作人员的经验进行的调节结果而使燃烧室中的燃烧状态产生的变化存储在数据库中。因此，附加地存储了基于熟练调节操作人员的经验的信息，并且可以进一步提高控制的可靠性。
在燃气轮机本身发生故障的情况下，即使检测到燃烧波动，波动可能是由燃气轮机本身的故障造成的，而不是由燃烧造成的。在这种情况下，对燃气轮机的故障采取对策是更为重要的而不是抑制燃烧波动。为此，燃气轮机控制装置可以进一步包括一个用于检测燃气轮机故障的燃气轮机故障检测部分，并且当燃气轮机故障检测部分检测到燃气轮机故障时，控制部分可以不进行调节，而是将产生的故障通知外部。
此外，如果检测燃烧室中的压力或加速度的波动的传感器发生故障时，即使实际上没有燃烧波动，也能仿佛发生了燃烧波动那样进行调节。因此，当传感器故障检测部分检测到传感器的故障时，控制部分可以不进行调节，而是将产生故障通知外部。或是提供提供多组传感器，和忽略发生故障的传感器的检测结果。
此外，如果提供给燃烧室的燃料存储在罐之类的容器中，根据构成燃料的物质的比重，罐上部和下部的燃料的组成成分可能不同。因此，优选根据提供给燃烧室的燃料的组成成分，控制部分校正对提供给燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个进行的调节的内容。
本发明还提供了一种包括上述燃气轮机控制装置的燃气轮机系统。也就是说，根据本发明的燃气轮机系统的特征在于包括包含燃烧室的燃气轮机；频率分析部分，用于进行燃烧室中的压力或加速度的波动的频率分析并且输出将频率分析结果划分成多个频带的划分成频带的分析结果；优先次序信息包容部分，包容为多个频带设定的优先次序的信息；燃烧特性掌握部分，用于根据划分成频带的分析结果和燃气轮机的过程数据掌握燃气轮机的燃烧波动的特性；和控制部分，用于在燃烧特性掌握部分掌握到多个频带中产生燃烧波动时，根据包容在优先次序信息包容部分中的优先次序的信息，调节提供给燃烧室的燃料流率或空气流率中的至少一个从而抑制高优先次序的频带的燃烧波动。
本发明还提供了一种燃气轮机控制方法，其特征在于包括进行燃气轮机的燃烧室中的压力或加速度的波动的频率分析并且输出将频率分析结果划分成多个频带的划分成频带的分析结果的步骤；根据划分成频带的分析结果和燃气轮机的过程数据掌握燃气轮机的燃烧波动特性的步骤；和当多个频带中产生燃烧波动时，根据预定的优先次序，调节提供给燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个从而抑制高优先次序的频带的燃烧波动的步骤。
此外，本发明提供了一种燃气轮机控制装置，其特征在于包括频率分析部分，用于执行燃气轮机的燃烧室中的压力或加速度的波动的频率分析并且输出将频率分析的结果划分成多个频带的划分成频带的分析结果；燃烧特性掌握部分，用于根据划分成频带的分析结果和燃气轮机的过程数据掌握燃气轮机的燃烧波动的特性；控制部分，用于当燃烧特性掌握部分掌握到产生了燃烧波动时调节提供给燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个从而抑制燃烧波动；和搜索和控制部分，用于在控制部分没有进行调节以抑制燃烧波动的状态下通过改变提供给燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个而搜索最佳操作条件，并且根据对应的最佳操作条件调节提供给燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个。
以这种方式，在没有进行抑制燃烧波动的调节的状态下，即，在稳定状态下，通过改变提供给燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个，可以搜索最佳操作条件。并且对应于获得的最佳操作条件，进行对提供到燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个的调节，从不仅能够得到简单的稳定操作条件，而且可以得到更好的操作条件。与此同时，搜索和控制部分可以将最佳操作条件确定为其中抵抗燃烧波动的稳定性是最高的操作条件。此外，除了抵抗燃烧波动的稳定性之外，搜索和控制部分还可以通过评价燃气轮机的热效率来搜索最佳操作条件。
搜索和控制部分可以根据一个预定的简表改变提供给燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个。此外，当搜索和控制部分根据简表改变了提供给燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个时，搜索和控制部分可以预报是否可能产生燃烧波动，如果预报可能产生燃烧波动，那么搜索和控制部分可以暂停改变提供给燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个。此外，如果由于搜索和控制部分改变提供给燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个的结果，产生了燃烧波动，那么搜索和控制部分可以暂停改变提供给燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个。
由于搜索和控制部分改变提供给燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个的结果，可能会产生燃烧波动。在这种情况下，优选的是控制部分调节提供给燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个，从而抑制燃烧波动。
此外，本发明提供了一种燃气轮机系统，其特征在于包括包含燃烧室的燃气轮机；和搜索和控制部分，通过在燃气轮机中没有燃烧波动的状态下改变提供给燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个而搜索最佳操作条件，并且根据得到的最佳操作条件调节提供给燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个。
搜索和控制部分可以通过在每次启动或停止燃气轮机时改变提供给燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个，或通过多次地进行启动或停止，搜索燃气轮机启动或停止时的最佳操作条件。
此外，本发明提供了一种燃气轮机控制方法，其特征在于包括执行燃气轮机的燃烧室中的压力或加速度的波动的频率分析并且输出其分析的结果的结果输出步骤；根据分析结果和燃气轮机的过程数据掌握燃气轮机的燃烧波动的特性的特性掌握步骤；如果掌握燃气轮机的燃烧波动的特性的特性掌握步骤的结果是产生燃烧波动，那么调节提供给燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个从而抑制燃烧波动的波动抑制步骤；和在没有进行波动抑制的状态下通过改变提供给燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个而搜索最佳操作条件，并且对应于得到的最佳操作条件，调节提供给燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个的条件搜索步骤。
根据本发明，即使在多个频带中产生燃烧波动，也可以有效地抑制燃烧波动，并且总是可以保持优良的燃烧状态。
此外，根据本发明，自动地执行稳定状态的操作的搜索，从而可以获得优良的操作稳定性，以及优良的操作经济性和环境保护特性。
图1是显示作为根据本发明一个实施例的一部分的燃气轮机的结构示意图；图2是显示根据本发明的燃气轮机系统的结构的示意图；图3是显示燃气轮机控制部分的功能结构的示意图；图4是显示在自动调节部分中进行的处理流程的流程图；图5是显示频率分析的结果的曲线图；图6是显示频率分析的结果，频率划分成多个频带，和为对应频带设定的阈值的例子的示意图；图7包括图7(a)至7(c)，分别示出了在压力测量设备或加速度测量设备或数据传输系统中出现故障的情况下获得的频率分析的结果的例子；图8是显示在每个预定时间获得的数据的例子的示意图；图9是显示燃烧波动区评价方面的原理的示意图；图10是显示燃烧波动区评价的一个例子的示意图；图11是显示为每个频带设定的对策优先次序的一个例子的视图；图12是显示执行条件搜索过程的燃气轮机控制部分的功能结构的示意图；图13是显示图12的条件搜索过程的流程的流程图；
图14是说明通过分割成多个区的格栅区管理存储的数据的方法的示意图；图15包括图15(a)至(c)，其中图15(a)是显示在执行条件搜索的情况下操作条件的改变序列的例子的示意图，图15(b)是显示在改变操作条件之前燃气轮机操作进程的例子的示意图，和图15(c)是显示作为条件搜索的结果而获得的最佳操作条件的燃气轮机操作进程的例子的示意图；图16包括图16(a)和(b)，其中图16(a)是显示其中执行条件搜索的区的例子的示意图，和图16(b)是显示由于在条件搜索期间发生燃烧波动从而使用于条件搜索的区滑动的例子的示意图；图17是显示设定初始操作条件的负载增加进程的视图；图18是显示在启动或停止时搜索最佳操作进程的过程的流程的流程图；和图19是显示在启动或停止时操作条件的例子的示意图。
具体实施例方式
以下参考附图根据本发明的燃气轮机控制装置和燃气轮机系统的实施例更具体地说明本发明。
在本实施例中，尽管说明的是在燃气轮机中使用的控制装置的例子，但是，这个控制装置也可以应用到可能产生燃烧波动的其它燃烧设备的控制。
参考图1，说明其中使用了本发明的燃气轮机控制装置和燃气轮机系统的燃气轮机2。
图1示出了燃气轮机2的示意结构。燃气轮机2包括一个燃气轮机主体部分100和一个具有燃烧室111的燃烧部分110。
燃气轮机主体部分100包括一个包含入口导流叶片102的压缩机101，旋转轴103，和连接了发电机121的涡轮机104。
涡轮机104的一侧与燃气供给管120连接，而另一侧与向外排放燃气的管道系统连接。此外，涡轮机104在一侧与压缩机101连接，并且在另一侧与发电机121连接，二者都是经过旋转旋转轴103连接的。燃气经过燃气供给管120从燃烧室111提供到涡轮机104，从而将燃气的能量转化成实现旋转的转动能。通过这种转动，发电机121和压缩机101转动。燃气在用于发电之后向外排出。
压缩机101在一侧与吸入外部空气的管道系统连接，而另一侧与一个压缩空气供给部分112连接。通过传递涡轮机104的旋转，使得上述经过旋转轴103与涡轮机104和发电机121连接的压缩机101转动，通过这种转动，将吸入到压缩机101的外部空气压缩，并且经过压缩空气供给部分112提供到燃烧室111。
入口导流叶片102是提供在压缩机101空气吸入侧的转动叶片。通过控制入口导流叶片102的转动叶片的角度，即使在旋转速度不变时，也可以调节吸入压缩机101中的空气流率。如以后要说明的，旋转叶片的控制是通过燃气轮机控制部分3进行的。
旋转轴103与压缩机101、涡轮机104、和发电机121连接，以便将涡轮机104的旋转力传递到压缩机101和发电机121。发电机121经过旋转轴103与涡轮机104连接，以便将涡轮机104的转动能转换成电能。
除了燃烧室111、压缩空气供给部分112和燃气供给管120之外，燃烧部分110还包括旁路空气供给管117，旁路阀118，旁路空气混合管119，主燃料流控制阀113，引燃燃料流控制阀114，主燃料供给阀115，和引燃燃料供给阀116。
压缩空气供给部分112包括连接到压缩机101的压缩空气供给管，将燃烧部分110的外壳(涡轮机外壳)中的空气提供到其中的空间，以便通过压缩空气供给部分112将压缩机101中压缩的压缩机出口空气提供到燃烧室111。
旁路空气供给管117是其一端向压缩空气供给部分112敞开并且连接到压缩空气供给部分112，并且另一端连接到旁路阀118的管，以便使压缩机出口空气中不提供到燃烧室111的部分流过旁路空气供给管117，绕过燃烧室111，提供到涡轮机104。
旁路阀118具有连接到旁路空气供给管117的入口，和连接到旁路空气混合管119的出口，以便通过旁路阀118控制流过旁路空气供给管117的空气的流率。空气流率的控制是通过(以后要说明的)燃气轮机控制部分3执行的。
旁路空气混合管119的一端连接到旁路阀118，而另一端连接到燃气供给管120，以便将已经通过旁路阀118的空气通过旁路混合管119提供到燃气供给管120，从而与燃烧室111中产生的燃气混合。
主燃料流控制阀113具有连接到一个通过其供给外部燃料的管道系统的入口，和连接到一个连接到多个主燃料供给阀115的管道系统的出口，以便通过主燃料流控制阀113控制从外部提供到燃烧室111的燃料的流率。燃料流率的控制是由燃气轮机控制部分3执行的。通过主燃料流控制阀113提供的燃料在燃烧室111的主燃烧器中使用。
每个主燃料供给阀115具有连接到一个连接到主燃料流控制阀113的管道系统的入口，和连接到一个连接到燃烧室111的主燃烧器的管道系统的出口，以便通过主燃料供给阀115控制提供到燃烧室111的主燃烧器中的燃料。燃料流率的控制是由燃气轮机控制部分3执行的。
引燃燃料流控制阀114具有连接到一个通过其提供外部燃料的管道系统的入口，和连接到一个连接到多个引燃燃料供给阀116的管道系统的出口，以便通过引燃燃料流控制阀114控制从外部提供到燃烧室111中的燃料的流率。燃料流率的控制是由燃气轮机控制部分3执行的。通过引燃燃料流控制阀114提供的燃料在燃烧室111的引燃燃烧器中使用。
每个引燃燃料供给阀116具有连接到一个连接到引燃燃料流控制阀114的管道系统的入口，和连接到一个连接到燃烧室111的引燃燃烧器的管道系统的出口，以便通过引燃燃料供给阀116控制提供到燃烧室的引燃燃烧器中的燃料。燃料流率的控制是由燃气轮机控制部分3执行的。
燃烧室111与提供空气的压缩空气供给部分112、连接到提供燃料的主燃料供给阀115的管道系统、连接到提供燃料的引燃燃料供给阀116的管道系统、和送出燃气的燃气供给管120连接，从而供给了空气和燃料的燃烧室111燃烧它们以产生高温、高压燃气。如此产生的燃气被送出到涡轮机104。
燃气供给管120的一端连接到燃烧室111，另一端连接到涡轮机104，并且具有与旁路空气混合管119连接的中间部分，以便通过燃气供给管120将燃气和旁路空气提供到涡轮机。
上述燃烧部分110包括多个(m个)燃烧室111。在这里，在共同说明所有多个燃烧室111-1至m的情况下，将燃烧室简称为燃烧室111，而在说明单个燃烧室的情况下，例如，将燃烧室称为燃烧室111-1(这表示第一燃烧室)。相同的方式也应用于燃烧室111的结构部件和元件，即，旁路空气供给管117，旁路阀118，旁路空气混合管119，燃气供给管120，主燃料供给阀115，和引燃燃料供给阀116。
在如上构造的燃气轮机2中，压缩机101将从外部吸入的空气压缩，以提供到燃烧室111。燃料的一部分经过引燃燃料流控制阀114提供到燃烧室111的引燃燃料供给阀116，以引入到燃烧室111。此外，其余燃料经过主燃料流控制阀113提供到燃烧室111的主燃料供给阀115，以进入到燃烧室111。如此进入到燃烧室中111中的空气和燃料在此燃烧。燃烧产生的燃气引入到涡轮机104，以转动发电机121，并且通过这种转动能产生电。
本实施例的燃气轮机系统1包括燃气轮机2和控制燃气轮机2的燃气轮机控制部分3。
图2是说明通过燃气轮机控制部分3控制燃气轮机2的功能结构的方框图。
在这里，为了通过燃气轮机控制部分3控制燃气轮机2，燃气轮机2包括过程数据测量部分4，压力波动测量部分(传感器)5，加速度测量部分(传感器)6，和操作机构7。
过程数据测量部分4包括用于在燃气轮机2操作过程中测量操作条件或操作状态的过程数据的各种仪表。过程数据测量部分4安装在燃气轮机2的预定位置上，并且在每个预定时间t1，t2，....，将测量结果输出到燃气轮机控制部分的(以后说明的)控制单元10。在这里，过程数据(工厂状态数据)包括，例如，产生的电力(产生的电流，产生的电压)，环境温度和湿度，在每个部分的燃料流率和燃气压力，在每个部分的空气流率和压力，燃烧室111中的燃气温度，燃气流率，燃气压力，压缩机101和涡轮机104的转速，涡轮机104的废气中排出的氮氧化物(NOx)、碳氧化物(CO)之类的物质的的密度，等等。在这里，过程数据测量部分4不仅测量可以操作的操作数据，例如，提供到燃气轮机2的燃料或空气的量，而且也测量不可操作的不可操作状态数据，例如，环境温度之类的气象数据，由需要决定的发电机负载(MW)大小，等等。应当注意，在本实施例中，术语“过程数据”包括操作数据(工厂数据)和不可操作状态数据。
压力波动测量部分5包括装配到每个燃烧室111-1至m的压力测量设备。压力波动测量部分5测量燃烧在每个燃烧室111-1至m中产生的压力波动，并且每当在每个预定的时间t1，t2，....从控制单元10发出命令时，将其测量值输入到燃气轮机控制部分3。
加速度测量部分6包括装配到每个燃烧室111-1至m的加速度测量设备。加速度测量部分6测量燃烧在每个燃烧室111-1至m中产生的加速度(秒单位的位置差)，并且每当在每个预定的时间t1，t2，....从控制单元10发出命令时，将其测量值输出到燃气轮机控制部分3。
操作机构7包括一种通过来自控制单元10的命令操作主燃料流控制阀113和每个主燃料供给阀115-1至m的打开，从而执行主燃料的流动控制的机构。整个主燃料的流动控制是通过调节主燃料流控制阀113执行的，每个燃烧室111-1至m的主燃料的流动控制是通过调节每个主燃料供给阀115-1至m执行的。
此外，操作机构7包括通过来自控制单元10的命令操作引燃燃料流控制阀114和每个引燃燃料供给阀116-1至m的打开，从而执行引燃燃料流动控制机构。整个引燃燃料流动控制是通过调节引燃燃料流控制阀114进行，每个燃烧室111-1至m的引燃燃料的流动控制是通过调节每个引燃燃料供给阀116-1至m执行的。
此外，操作机构7凭借来自控制单元10的命令操作每个旁路阀118-1至m的打开，从而执行提供到每个燃烧室111-1至m中的空气的流动控制。具体地讲，在每个燃烧室111-1至m中，使每个旁路阀118-1至m的打开更大(或更小)，从而提高(或减小)流向旁路一侧的空气的流率，并且借此控制提供到每个燃烧室111-1至m的空气的流率。
此外，操作机构7凭借来自控制单元10的命令操作入口导流叶片102的转动叶片的打开，从而控制提供到压缩机101中的空气的流率。
燃气轮机控制部分3包括控制单元10和自动调节部分(搜索和控制部分)20。控制单元10接收从过程数据测量部分4、压力波动测量部分5、和加速度测量部分6输出的测量值，并且将它们传送到自动调节部分20。此外，当接收到来自组东调节部分20的命令时，控制单元10输出信号，通过这些信号操作机构7操作主燃料流控制阀113以及主燃料供给阀115，引燃燃料流控制阀114以及引燃燃料供给阀116，旁路阀118和入口导流叶片102。
如图3中所示，自动调节部分20被构造成功能地包括输入部分21，状态掌握部分22，措施决定部分23，输出部分24，频率分析和传感器故障诊断部分(频率分析部分和传感器故障检测部分)25，燃气轮机故障诊断部分(涡轮机故障检测部分)26，燃料特性掌握部分27，燃料特性掌握部分28，数据库30，基本数据库(优先次序信息包容部分)31，和知识数据库32。
当产生燃烧波动时，自动调节部分20进行控制，以便向最有效方向改变操作数据(过程数据)从而抑制波动。
自动调节部分20的输入部分21接收从过程数据测量部分4、压力波动测量部分5、和加速度测量部分6输出的并且从控制单元10传送的压力或加速度的过程数据。状态掌握部分22掌握燃气轮机2的状态，燃烧特性掌握部分28掌握每个燃烧室111-1至m的燃烧特性。根据状态掌握部分22和燃烧特性掌握部分28掌握的状态的内容，措施决定部分23决定不能在燃气轮机2中造成燃烧波动的对策，即，是否要调节主燃料流控制阀113以及主燃料供给阀115、引燃燃料流控制阀114以及引燃燃料供给阀116、旁路阀118和入口导流叶片102，如果要调节，那么决定调节到什么位置和调节到什么量。输出部分24将对应于措施决定部分23的决定的信号输出到控制单元10。
以下根据实际执行的处理步骤的流程说明上述自动调节部分20的功能。
图4是显示实现根据预先引入燃气轮机控制部分3的程序执行的自动调节部分20的功能的处理步骤的流程的流程图。这些处理步骤结合成程序的一部分以操作燃气轮机2，并且，在操作燃气轮机2的同时，在每个预定的时间执行这些步骤的序列。
首先，输入部分21接收从过程数据测量部分4、压力波动测量部分5、和加速度测量部分6输出的并且从控制单元10传送的压力和加速度的过程数据的输入(步骤S101)。然后，输入部分21将这些数据传送到状态掌握部分22、频率分析和传感器故障诊断部分25、燃气轮机故障诊断部分26、和燃料特性掌握部分27。
燃料特性掌握部分27掌握过程数据测量部分4测量的要提供到燃气轮机2的燃料的特性(步骤S102)。例如，将提供给燃气轮机2的燃料存储在罐(未示出)中的同时，随着时间过去，在构成罐中的燃料的组成成分中，重分子沉降而轻分子上升，并且根据罐中剩余的燃料，提供到燃气轮机2的燃料的组成成分(卡路里)发生改变。因此，当措施决定部分23决定措施(燃料与空气比的提高或减小)时，优选在决定中增加对应于此时提供到燃气轮机2的燃料的组成成分的调节。
为此，过程数据测量部分4在从罐到燃气轮机2的燃料系统中包括一个热量计或燃料组成成分的测量设备。根据如此获得的燃料的卡路里或组成成分，燃料特性掌握部分27决定提高或降低燃料-空气比的调节量或数据，并把它输出到状态掌握部分22。
并不需要通过过程数据测量部分4实时地测量燃料的卡路里或组成成分，但是，也可以使用预先测量罐中燃料的剩余量与燃料组成成分变化之间的关系，并且据此准备用于决定调节量的表或图表的方法。在这种情况下，过程数据测量部分4测量罐中燃料剩余量，并且根据如此测量的燃料的剩余量，燃料特性掌握部分27决定增大或减小燃料与空气比的调节量。此外，不需要将燃料存储在罐中，而是可以从管线提供，并且，在这种情况下，也可以用类似的方式决定调节量。
然后，燃气轮机故障诊断部分29诊断燃气轮机2中是否存在故障(步骤S103)。
为此目的，燃气轮机故障诊断部分29从输入部分21接收过程数据测量部分4测量的燃气轮机2的每个部分中的温度或流率的数据，并且根据这种数据，判断是否存在燃气轮机2的故障。例如，如果燃气轮机的一个特定部分的温度增加到一个预定阈值以上，或特定部分的流率降低到预定阈值以下，等等，那么判断燃气轮机2本身中存在故障。
燃气轮机故障诊断部分26将诊断的结果，即，是否存在燃气轮机2的故障的结果，传送到状态掌握部分22。
在这里，如果从燃气轮机故障诊断部分26传送出燃气轮机2中存在故障的诊断结果，那么燃气轮机控制部分3通过诸如警报器或警告灯之类的通知装置，将燃气轮机2中存在故障的消息通知操作人员等等(步骤S104)，并且步骤不前进到燃料与空气比的调节过程，等等。
在发现燃气轮机2中没有故障的情况下，频率分析和传感器故障诊断部分25执行内部压力波动或加速度的频率分析，以及传感器故障诊断(步骤S105)。
频率分析和传感器故障诊断部分25根据每个燃烧室111-1至m中压力波动测量部分5测量的压力波动的测量值，进行压力波动(振动)的频率分析(快速傅里叶变换FFT)。
图5示出了频率分析和传感器故障诊断部分25根据压力波动测量部分5测量的压力波动的测量值进行的频率分析的结果的一个例子。水平轴示出了频率，垂直轴示出了波动的强度(电平)。如图5中所示，燃烧室111中产生的燃烧波动(压力波动和加速度波动)具有多个其中产生了波动的频带。
由于每个频率的波动是由各自的复杂原因造成的，所以凭借简单的标准控制或仅凭借一个参数的控制很难抑制波动。此外，根据频率，对燃气轮机2造成的影响是不同的。因此，在相同波动强度的情况下，即使措施在某些频率上可行，但是决不意味着在其它频率上可行。从这点出发，需要相对于对应于波动的频率的多个参数进行燃气轮机2的操作条件的控制。
因此，如图6中所示，在频率分析和传感器故障诊断部分25中，将内部压力波动或加速度的频率分析的结果划分成多个(n个)频带，以便作为划分成频带的分析结果输出。应当注意，频率分析和传感器故障诊断部分25也可以根据加速度测量部分6测量的加速度的测量值进行加速度的频率分析。
在这里，频带是一个频率分析和传感器故障诊断部分25可以通过其根据频率分析的结果执行它的功能的最小单位的频率区。首先，决定要在其中勘测压力和加速度的波动的频率的范围。例如，在图5中，由于波动主要发生在0至5000Hz的范围，所示将频率的范围设定到0至5000Hz，并且将这个频率范围划分成n个适当大小的频带。例如，如果将频率范围除以50Hz，那么n等于100(n＝100)。
应当注意，这个频带不必是恒定大小的。
频率分析和传感器故障诊断部分25将如上所述地获得的划分成压力和加速度的频带的分析结果输出到状态掌握部分22。
频率分析和传感器故障诊断部分25也诊断压力波动测量部分5或加速度测量部分6的压力测量设备或加速度测量设备本身，或将压力测量设备或加速度测量设备输出的数据输入到输入部分21的数据传送系统中是否存在故障。
图7(a)至(c)示出了在压力测量设备或加速度测量设备中，或数据传送系统中存在故障的情况下，作为频率分析和传感器故障诊断部分25执行的频率分析的结果输出的分析结果的例子。
在图7(a)中，在参考字母(A)示出的部分中，出现了电源频率分量的噪声(例如，60Hz)。此外，在图7(b)中，与原始电平(见图5)相比，随机状态的噪声加到整个频带，整个电平提高。此外，在图7(c)中，在参考字母(B)出示的部分中，即，在小于数十Hz的频率区中，加上了脉冲形状的，特别是直流分量的噪声，从而提高了整个频带上的电平。或者，如果压力测量设备或加速度测量设备本身出现故障，那么整个频带上的电平降低。
频率分析和传感器故障诊断部分25判断波动电平是否偏离预定的范围，如果发现偏离，那么判断压力测量设备或加速度测量设备中或数据传送系统中存在故障，并且把判断结果输出到状态掌握部分22。在频率分析和传感器故障诊断部分25中，设定一个阈值，以便如果得到上述图形的分析结果，那么检测到这种情况，从而判断压力测量设备或加速度测量设备本身或数据传送系统中是否存在故障，并且将其分析结果输出到状态掌握部分22。
应当注意，如果在频率分析和传感器故障诊断部分25中提供多组压力测量设备和加速度测量设备，那么通过比较多组压力测量设备和加速度测量设备的测量结果，那么也可以判断多组压力测量设备和加速度测量设备中或从压力测量设备和加速度测量设备输出的数据的数据传送系统中是否存在故障。例如，提供多组(奇数的)压力测量设备和加速度测量设备，如果得到不同的分析结果，那么可以采用多数组获得的最频繁的分析结果。
此外，加速度测量部分6检测燃烧室111本身的振动作为加速度，从而一个单一的加速度测量部分6可以监视多个燃烧室111中产生的燃烧波动。因此，即使判断提供在一个燃烧室111中的压力测量部分5中的一个传感器出现故障，加速度测量部分6也可以检测燃烧波动。如果提供多个加速度测量部分6，那么即使压力波动测量部分5没有检测到燃烧波动，至少两个加速度测量部分6检测燃烧波动，并且判断存在燃烧波动，从而提高了可靠性。此外，如果压力波动测量部分5和加速度测量设备6都检测到燃烧波动，那么判断存在燃烧波动，从而可以提高可靠性。
返回到处理步骤，在上述步骤序列是第二循环或后续循环的情况下，如果在以前处理循环中进行了任何调节，那么开始如此执行的调节的效果的评价(步骤S106)。
首先，状态掌握部分22将划分成压力和加速度频带的分析结果与预定阈值比较(步骤S107)。
在这里，对于每个频带1至n，阈值不必总是一个数。也就是说，可以准备多个阈值。一般将一个阈值用于判断现行的燃烧波动是否处于需要立即调节的状态(这个阈值称为管理值)。但是，除了这个用途之外，可以使用这样的一个阈值判断现行的燃烧波动是否处于不需要立即调节的状态，也就是说，尽管是现行的，但是仅出现了燃烧波动的前兆。
与阈值比较的结果，如果没有偏离管理值并且仍然没有燃烧波动的先兆，那么根据过程数据测量部分4测量的过程数据，判断燃气轮机2的操作状态是否已经从以前的处理循环改变(步骤S108)。判断的结果，如果操作状态没有改变，步骤返回到步骤S101，并且开始下一个处理循环。另一方面，如果操作状态有所改变，那么将以前处理循环中进行的调节的内容和作为其结果改变的操作状态的数据存储在数据库30中作为添加的和更新的数据(步骤S109)。
此外，作为步骤S107中与阈值比较的结果，如果判断偏离管理值或存在燃烧波动的先兆，那么同样地将以前处理循环中进行的调节的内容和作为其结果改变的操作状态的数据存储在数据库30中作为添加的和更新的数据(步骤S110)。
在步骤S109和S110中，例如，用图8中所示的方式分类存储在数据库30中的数据。在数据库30中，以时间序列分类过程数据和每个频带的波动强度的最大值Yin。也就是说，在数据库30中，在每个时间t1，t2，...调整和分类过程数据和每个频带的波动强度的最大值Yin。如果将这些数据一个接一个地从控制单元10和频率分析和传感器故障诊断部分25发送到数据库30，那么这些数据被附加地存储在数据库30中。要存储在数据库30中的波动强度的数据可以仅是压力波动的，或仅是加速度波动的，或压力波动和加速度波动二者。
图8示出了，在时间t1，旁路阀118的阀开口是X11-1，引燃比率是X12-1，大气温度是X21-1，和发电机负载(MW)是X22-1，并且也示出了第一频带的波动强度的最大值是Y11-1，第二频带的波动强度的最大值是Y12-1，和第n频带的波动强度的最大值是Yin-1。
同样，图8示出了，在时间t2，旁路阀118的阀开口是X11-2，引燃比率是X12-2，大气温度是X21-2，和发电机负载(MW)是X22-2，并且也示出了第一频带的波动强度的最大值是Y11-2，第二频带的波动强度的最大值是Y12-2和第n频带的波动强度的最大值是Yin-2。同样，图8示出了，在时间tn，旁路阀118的阀开口是X11-n，引燃比率是X12-n，大气温度是X21-n，和发电机负载(MW)是X22-n，并且也示出了第一频带的波动强度的最大值是Y11-n，第二频带的波动强度的最大值是Y12-n和第n频带的波动强度的最大值是Yin-n。
如上所述，图8中X11-1，X11-2，X11-n等的参考下标号对应于各自的时间t1，t2，tn。在本实施例中，由于可以不区别时间t1，t2和tn地共同进行说明，因此，省略了参考下标号的赋予。
如前面说明的，由于在步骤S107中与阈值比较的结果，如果判断偏离了管理值或存在燃烧波动的先兆，那么计算现行燃烧波动的特性(步骤S111)。
为此目的，在燃烧特性掌握部分28中，根据都存储在数据库30中的、来自频率分析和传感器故障诊断部分25的划分成压力和加速度的频带的分析结果，和来自过程数据测量部分4的过程数据，构造用于建立燃烧特性模型的公式模型。应当注意，以下说明的燃烧特性掌握部分28的基本功能在专利文献3(本申请人的日本专利申请公开2002-47945)中也有说明。
例如，其中m是燃烧室的数量，n是要建模的频带的数量，内部压力波动是通过下面等式(1)的多次回归模型建模的Yij＝aij，0+aij，1xX11+aij，2xX12+aij，3xX21+aij，4xX22…(1)在这里Yij第i燃烧室(i＝1，2，..，m)的第j频带(j＝1，2，...，n)的最大振幅值；X11操作数据1(在本例中，是旁路阀118的阀开度)的值；X12操作数据2(在本例中，是引燃比率)的值；X21不可操作状态数据1(在本例中，是气象数据)的值；X22不可操作状态数据2(在本例中，是发电机负载(MW))的值；aij，0，aij，1，aij，2，aij，3，aij，4系数参数。
燃烧特性掌握部分28使用在数据库30中的、为每个时间(t1，t2，...)调整和分类的最大振幅值Yij，操作数据X11，X12，和不可操作状态数据X21，X22，并且获得上述等式(1)的系数参数aij，0，aij，1，aij，2，aij，3，aij，4。例如，使用了最小二乘方法作为系数参数aij，0，aij，1，aij，2，aij，3，aij，4的解。
在这里，最大振幅值Yij是通过频率分析和传感器故障诊断部分25对压力波动测量部分5和加速度测量部分6测量的测量结果的数据进行A/D变换，将频率分析结果划分成n个频带，并且获得有关各个频带的、在某个时间点(t1，t2，...)的最大振幅，而获得的最大振幅值。
在图6中，示出了第一频带的最大振幅值是Yi1，第二频带的最大振幅值是Yi2，和第n频带的最大振幅值是Yin。
应当注意，在上面为了方便说明，给予了模型等式2个操作数据变量，和2个不可操作状态数据变量，但是，变量不必限于2。此外，作为模型结构，说明了一个线性一阶方程式，但是，可以使用二阶或更高阶的高阶模型，或神经网络的非线性模型，等等。此外，模型等式是借助于使用从燃气轮机2输入的操作数据和不可操作状态数据的方法说明的，但是，也可以使用根据质量平衡定律转换的值。
燃烧特性掌握部分28使用上述为每个时间t1，t2，...获得的公式模型(1)，并且得到一个易于产生燃烧波动的区。
例如，在操作数据1，操作数据2，不可操作状态数据1，和不可操作状态数据2分别是X’11，X’12，X’21和X’22时，通过下面的等式(2)得到第i燃烧室的第j频带的内部压力波动预测值Y’ijY′ij＝aij，0+aij，1xX′11+aij，2xX′12+aij，3xX′21+aij，4xX′22…(2)如上所述，系数参数aij，0，aij，1，aij，2，aij，3，aij，4是通过，例如，最小二乘方法得到的。
如图6中所示，对应于燃烧室的结构以及周围环境，给第i燃烧室的第j频带(频带1至n)的最大振幅值提供了阈值Zi1，Zi2，...Zin。这些阈值包容在频率分析和传感器故障诊断部分25中。在这里Zi1，Zi2，...Zin是显示每个频带中允许的最大波动强度的值。例如，这些阈值是根据是否有与该频率的振动共振的构件或结构，是否有可能损坏的构件或结构，可允许怎样程度的波动强度，等等，决定的。
其中Zij是从频率分析和传感器故障诊断部分25输出的第i燃烧室的第j频带的最大振幅值的阈值，存在着满足以下等式(3)的X’11，X’12，X’21和X’22Z′ij＝aij，0+aij，1xX′11+aij，2xX′c12+aij，3xX′21+aij，4xX′22…(3)如果不可操作状态数据1和不可操作状态数据2的值从控制单元10输入到燃烧特性掌握部分28，那么等式(3)中所有不是X’11和X’12的因数成为常数，并且可以容易地得到满足等式(3)的(X’11，X’12)。
如果控制单元10给出增益αk(k＝1，2，...p)，那么可以使用以下等式(4)αkZij＝aij，0+aij，1xX′11+aij，2xX′12+aij，3xX′21+aij，4xX′22…(4)如果通过等式(4)得到(X’11，X’12)，那么可以得到每个燃烧室的每个频带的数量p的线。这显示在图9中，其中水平轴是X11，垂直轴是X12。在这里，如果系数参数aij，2是正的，那么每条线的上方是易于产生燃烧波动的区，而下方是几乎不会产生燃烧波动的区。相反，如果系数参数aij，2是负值，那么每条线的下方是易于产生燃烧波动的区，而上部是几乎不会产生燃烧波动区。
在燃烧特性掌握部分28中，通过使用都是从控制单元10输出的，第i燃烧室的第j频带的最大振幅值的阈值Zij、增益αk、和除了两种特定数据(即，作为实际操作结果的，每个时间t1，t2，...的不可操作状态数据X21和X22)之外的变量的值(即，作为实际操作结果的，每个时间t1，t2，...的X11和X12)，以及通过使用通过最小二乘方法得到的系数参数aij，0，aij，1，aij，2，aij，3，aij，4，可以获得所有燃烧室的所有频带的上述线。然后，根据线性规划法的过程，最终得到易于产生燃烧波动的区和不易产生燃烧波动的区。如10示出了通过燃烧特性掌握部分28得到的燃烧波动的区的例子，其中水平轴是X11，垂直轴是X12。在这个例子中，用类似于每个增益αk的轮廓线的线来表示燃烧波动的区，由线包围的中央区是不易产生燃烧波动的区，而其外侧的区是易于产生燃烧波动的区。
应当注意，如上所述，由于为了便于说明已经将操作数据限制到两个变量，所以图10是以二维坐标示出的，但是，如果用N个变量设置操作数据，那么可以在N-维坐标的空间中表示区。
当从状态掌握部分22输入调节命令时，措施决定部分23响应这个调节命令，以便决定用于调节现行操作状态(X11＝xa，X12＝xb)的措施的内容(采取措施的地点，和调节量或数据)(步骤S112)。
此时，如果多个频带中的最大振幅值超过对应的阈值(zi1，zi2，....，zin)，那么根据预先决定的并且存储在基本数据库31中的优先权次序(优先次序)，对高优先次序的频带进行调节。在本例中，是这样设定的，将最高优先权给予最低的频带，然后从高频率一侧的频带顺序地给予优先权。原因在于，如果在最低频带中产生燃烧波动，那么很可能燃气轮机2处于火焰可能容易熄灭的状态，并且在较高的频带中，燃烧波动的能量大到足以产生坏的影响的程度，例如，造成损坏，等等。
在选择了要调节的频带之后，决定调节量。为此目的，措施决定部分23通过一种优化措施决定现行操作状态(X11＝xa，X12＝xb)的调节方向。在这里，说明了使用最陡下降法(鞍点法)作为优化措施的例子，但是优化措施不限于最陡下降法。
即，措施决定部分23参考通过燃烧特性掌握部分28得到的图10，并且，如图10中所示，画一条正交于显示现行操作状态(X11＝xa，X12＝xb)的点Q1的、更靠中央部分一侧的线(α2＝0.8)的假想线L，直到假想线L穿过α2的线包围的区域，并且到达点Q2(X11＝xc，X12＝xd)，在点Q2假想线L与α2的线相交。然后，延长假想线L，正交于更靠近点Q2的中央部分一侧的线(α3＝0.6)。措施决定部分23从点Q1画出并且经过点Q2延长假想线的方向就是措施决定部分23决定的调节方向。
此时，如果燃烧特性掌握部分28不能充分地掌握燃烧特性，那么措施决定部分23可以根据存储在知识数据库32中的、包含过去进行的调节和有关作为调节的结果而在燃气轮机2的操作状态中产生的变化的信息，决定调节的方向。
此外，如果由于任何原因，例如，紧接着燃气轮机2安装之后，数据库30中没有存储足够的数据，那么可以使用存储在基本数据库31和知识数据库32中的数据决定调节的方向。
在这里，在基本数据库31中，存储了一个显示作为从已经安装和操作的另一相同类型的燃气轮机2收集的数据的分析结果得到的标准燃烧特性的公式模型，有关燃气轮机2的操作的限制信息，等等。例如，限制信息是为了避免熄火或逆火等的燃料与空气比的极限值。此外，在知识数据库32中，存储了包含根据熟练调节操作人员的经验(技术诀窍)设定的问题征兆的经验信息，和有关解决这些征兆的有效措施的信息。措施决定部分23可以根据这些存储在基本数据库31和知识数据库32中的显示标准燃烧特性、限制信息、经验信息、等等的公式模型，决定调节的内容。
例如，在图11中，如果决定对第一频带进行调节，首先打开旁路阀118是第一优先措施。如果即使在多次处理循环之后燃烧波动依然存在，或如果由于操作条件的限制不能采取措施，那么执行提高引燃比率作为第二优先措施。自然，即使燃烧特性掌握部分28充分地掌握了燃烧特性，也可以利用存储在基本数据库31中的限制信息决定调节方向及调节量。
应当注意，当进行上述调节时，措施决定部分23可以根据状态掌握部分22从燃料特性掌握部分27得到的燃料特性的数据，增加对应于有效燃料特性的校正。
通过下一个处理循环的步骤S107至S110，评价根据存储在基本数据库31和知识数据库32中的信息执行的调节内容，和作为调节结果的燃气轮机2的状态的变化，并且存储(反映)在数据库30中，并且，如果它们与知识数据库32的经验信息不同，那么利用它们作为其更新数据。
然后，输出部分24将显示措施决定部分23决定的调节方向的数据输出到控制单元10(步骤S113)。
当接收到这种数据时，根据从输出部分24输入的上述显示调节方向的数据，控制部分10控制操作机构7，以便分别操作主燃料流控制阀113、引燃燃料流控制阀114、旁路阀118、和入口导流叶片102，并且改变旁路阀开度X11和引燃比率X12。即，对于从输出部分24输入的、以便将假想线L从点Q1移动到点Q2的调节命令，控制部分10控制主燃料流控制阀113、引燃燃料流控制阀114、旁路阀118、和入口导流叶片102中的至少任何一个，从而将旁路阀开度X11从xa改变到xc，并且把引燃比率X12从xb改变到xd。此外，对于假想线L从点Q2进一步延长的方向的调节命令，同样地分别改变旁路阀开度X11和引燃比率X12。
在这里，引燃比率X12是引燃燃料流率/整个燃料流率的比率。整个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X12，那么控制单元10可以进行调节，以便减小整个燃料流率而不改变引燃燃料流率，或提高引燃燃料流率而不改变整个燃料流率。
在燃气轮机2的操作中，在每个时间t1，t2，...重复执行上述步骤S101至S113的处理序列。
根据本实施例，控制了燃气轮机的操作，并且可以抑制燃烧波动。此时，如果在多个频带中产生燃烧波动，那么进行调节以便抑制对应于预定的优先次序的高优先次序的频带的燃烧波动。从而，有效地抑制了高度紧急的频带的燃烧波动，和能够维持很好的燃烧。
此外，在进行了调节之后，如果燃气轮机2的状态发生改变，那么将其反射到数据库30中。从而，随着时间过去，可以存储诸如要进行何种调节和燃气轮机2对其表现出何种反应之类的信息，并且可以采取适当的措施。此外，紧接着燃气轮机2的安装之后，如果尚未在数据库中存储足够的数据，那么根据显示通过分析从另一个相同类型的燃气轮机2收集的数据得到的并且包含在数据库31中的标准燃烧特性或限制信息，以及根据包含在知识数据库32中的有关熟练调节操作人员的经验的经验信息，执行调节。因此，可以从紧接着燃气轮机2安装之后执行高度可靠的控制。此外，如果根据调节的内容和由于调节的结果燃气轮机2的状态发生的改变，更新包含在基本数据库31或知识数据库32中的限制信息和基于熟练调节操作人员的经验信息的数据，那么可以校正不是基于足够的过去的实际例子的不确定的限制信息或经验信息，并且可以进行更适当的控制。如果校正这种限制信息或经验信息，并且把作为利用校正的信息调节的结果的燃气轮机2的反应存储在数据库30中，那么可以使限制信息或经验信息更为可靠。
此外，如果燃气轮机2本身产生故障，那么即使检测到故障，压力波动测量部分5或加速度测量部分6也不对其进行调节。从而，故障可以迅速地引起注意，并且可以避免错误方向的调节。此外，在燃气轮机2本身发生故障的情况下，压力波动测量部分5或加速度测量部分6不执行将调节的信息存储在数据库30中。
此外，通过增加对应于燃料组成的变化的调节，可以进一步稳定燃烧状态。
在上述燃气轮机系统1中，可以构造自动调节部分20，以具有如下所示的最佳操作条件搜索功能。
在这里，假设燃气轮机2在没有燃烧波动的稳定状态下稳定地操作，对操作调节进行各种不同的改变，并且在自动调节部分20中自动地搜索较好的操作条件，优选是最佳操作条件。
此时，为了实现较好或最佳操作条件，尽管不造成燃烧波动的稳定性具有重要意义，但是最好是不仅考虑稳定性，而且还要考虑操作的经济性，环境保护性能，和系统的每个部分的寿命，以获得最佳操作条件。
此外，在改变操作条件时，根据过去存储的数据，预测改变操作条件的情况下燃烧状态的变化，并且仅在断定即使在改变之后也不会产生燃烧波动的情况下才改变操作条件。
此外，如果由于改变操作条件的结果产生了燃烧波动，那么使燃烧波动收敛。此后，改变操作条件的变化范围，并且可以再次执行操作条件的搜索。此外，如果在最好不改变操作条件的情况下，那么可以从外部停止操作条件的搜索。
此外，在燃气轮机系统1的启动和停止时，自动调节部分20可以同样地搜索操作条件，并且可以获得一个最佳操作条件。
图12是显示实现上述功能的自动调节部分20的构造的视图。如图12中所示，作为实现搜索功能的结构，自动调节部分20包括输入部分21，状态掌握部分22，输出部分24，燃烧特性掌握部分28，数据库30，和知识数据库32，这些与图3中所示的构造相同。此外，为了通过改变燃烧条件以进行搜索，自动调节部分20功能地包括一个计算用于调节提供到燃烧室111的燃料和空气中的至少一个的流率的校正量或数据的校正量计算部分40，一个将内部压力波动或加速度的频率的分析结果划分成如图6中所示的多个(n个)频带、并且输出划分成频带的分析结果的频率分析部分41，一个根据过程数据测量部分4测量的过程数评价每个部分的性能以及据评价每个部分的寿命的性能和寿命评价部分42，和一个根据从外部输入的停止命令停止改变操作条件的停止命令输入部分43。
接下来，沿实际处理过程的流程说明自动调节部分20的上述搜索功能。
图13是显示根据预先在燃气轮机控制部分3中引入的程序，实现自动调节部分20的功能的处理过程的流程图。包含这个处理过程作为操作燃气轮机2的程序的一部分，并且在满足预定条件下操作燃气轮机2的同时，执行一系列步骤。
预定条件包括，例如条件1发电机121在负载调整状态，在这种状态下发电机121的输出持续保持在预定阈值的范围内预定的时间周期。
条件2在预定时间周期中没有发生燃烧波动。即，在步骤S107中，在断定没有偏离管理值或出现燃烧波动前兆的调节的状态持续了预定时间周期或更长。
条件3吸入空气的温度持续保持在预定阈值的范围内预定的时间周期。
条件4操作人员选择了一种允许开始搜索的搜索允许模式。
当要开始搜索过程时，输入部分21首先接收从过程数据测量部分4、压力波动测量部分5、和加速度测量部分6输出的、并且从控制单元10传送的过程数据和压力或加速度的数据的输入(步骤S201)。然后，输入部分21将这些数据传送到状态掌握部分22和频率分析部分41。
接下来，频率分析部分41进行内部压力波动或加速度的频率分析(步骤S202)。
与图4的步骤S105相同，频率分析部分41根据在每个燃烧室111-1至m中的压力波动测量部分5测量的压力波动测量值进行压力波动(振动)的频率分析(FFT)。频率分析部分41将划分成作为分析结果而获得的压力或加速度的频带的分析结果输出到状态掌握部分22。
状态掌握部分22接收来自输入部分21的过程数据和压力或加速度的数据，并且将它们传送到性能和寿命评价部分42。根据这些数据，性能和寿命评价部分42通过发电机121的电力产生量与燃料的供给量的比率来计算热效率，并且计算燃气轮机系统1每个单元的效率(单元效率)，例如，压缩机101的绝热效率等等，并且将计算结果返回到状态掌握部分22(步骤S203)。
此外，性能和寿命评价部分42根据燃气轮机系统1的总操作时间、负载滞后作用等等计算燃气轮机系统1的每个单元的消耗的寿命，并且根据通过改变操作条件预测的负载计算每个单元的剩余寿命(步骤S204)。性能和寿命评价部分42将计算的寿命信息返回到状态掌握部分22。
然后，在处理第二或后续时间的情况下，将在该时间从输入部分21输出的过程数据和压力或加速度的数据和在频率分析部分41划分成压力或加速度的频带的分析结果与显示包括在过程数据中的操作条件的数据，即，操作数据(工厂数据)，相关联，并且附加地存储在数据库30中(步骤S205)。
当要把数据添加到数据库30时，如果满足一个预定的标准，那么删除过去的数据。具体地讲，如果如图14中所示那样将操作条件绘图，那么将每个参数(过程数据)的数据划分成多个部分，以便将绘图区分割称多个格栅区。并且，如果将预定数量的数据存储在添加数据的格栅区中，那么删除最老的数据，并且添加新的数据取代之。从而避免了仅存储许多类似操作条件的数据。此外，如果要删除数据，那么删除最老的数据。因此，可以存储具有较小的老化损坏的影响的新数据，以有效地利用它们。为此目的，优选将要存储在数据库中的数据与时间信息相关联。
状态掌握部分22将划分成压力或加速度的频带的分析数据与预定的阈值比较。与此同时，在与阈值比较时，判断情况是否处于尽管存在燃烧波动但是并不需要立即调节的前兆的状态，或是否偏离判断需要对现行燃烧波动立即进行调节的管理值(步骤S206)。
作为在步骤S206中与阈值比较的结果，如果判断偏离了管理值或存在燃烧波动的前兆，那么如图4中所示，步骤前进到步骤S111至S113。也就是说，燃烧特性掌握部分28计算现行燃烧波动的特性(步骤S111)，并且获得易于产生燃烧波动的区和不易产生燃烧波动的区。然后，如图3中所示，措施决定部分23决定调节现行操作状态(X11＝xa，X12＝xb)的方向(对策)(步骤S112)。此外，输出部分24将显示措施决定部分23决定的调节方向的校正量的数据输出到控制单元10(步骤S113)。
一旦接收到这个数据，控制单元10根据从输出部分24输入的并且显示上述调节方向的数据控制操作机构7，以便操作主燃料流控制阀113、引燃燃料流控制阀114、旁路阀118、和入口导流叶片102，和分别改变旁路阀开度X11和引燃比率X12。
此时，如果燃烧特性掌握部分28不能充分地掌握燃烧特性，那么措施决定部分23可以根据前兆信息和与用于这种前兆的有效措施相关的经验信息决定调节的内容，所有这些信息都是根据包含在基本数据库31和知识数据库32中的显示标准燃烧特性的公式模型、限制信息和熟练调节操作人员的经验(诀窍)设定的。
在这里，在要开始搜索过程序列的情况下，前提是没有发生燃烧波，如果条件2中所述。因此，如果作出的判断是偏离了管理值，或在步骤S206中与阈值的比较结果是存在燃烧波动的前兆，那么它恰好是在改变了操作条件之后，即，在第二或后续循环中。因此，即使由于为了搜索最佳操作条件而改变操作条件的结果，使得保持燃烧稳定性变得困难，但是仍然能够适当地校正波动。
另一方面，作为与阈值比较的结果，如果没有偏离管理值，并且也不存在燃烧波动的前兆，那么停止命令输入部分43首先确认没有来自外部的停止搜索过程的输入，然后判断是否仍然满足执行搜索的条件1至4(步骤S207和S208)。具体地讲，不管由于满足了条件1至4，第一循环中可能已经开始了搜索过程，对于条件已经改变的第二或后续循环，步骤S208的确认是必须的。
在停止命令输入部分43确认具有来自外部的停止搜索过程的命令的输入的情况下，如果操作条件已经改变，那么为了使操作条件返回到改变开始之前的操作条件(标准操作点)，输出部分24将校正量的数据输出到控制单元10(步骤S209和S212)。例如，在进行负载改变或燃料更换时，或在执行燃气轮机系统1的停止过程时，输入停止搜索过程的命令。停止搜索过程的命令不仅停止改变操作条件，而且使操作条件回到改变开始之前的操作条件。
此外，如果在步骤S208中没有满足条件1至4，那么步骤返回到步骤S201，并且除非满足了条件1至4，否则不进行步骤S210以及后续步骤的条件的搜索。
如果没有来自外部的停止搜索过程的命令输入，并且仍然满足进行搜索的条件1至4，那么命令输入部分43确认预定区的搜索是否已经完成。为了除非搜索完成否则继续搜索，校正量计算部分40决定要改变的操作条件(这称为试验点)(步骤S211)，并且输出部分24输出对应于操作条件的校正量的数据。
此时，对多个循环重复图13的步骤，并且改变在步骤S211中决定的试验点。从而在一个预定区中，连续地改变操作条件的每个参数。具体地讲，在每次将提供到燃烧室111的燃料和空气的流率中的至少一个改变预定的量。为此目的，如图15(a)中所示，例如，随着时间的过去，根据在上和下多个阶段中改变引燃比率的顺序，输出部分24输出校正量，以控制主燃料流控制阀113、引燃燃料流控制阀114、旁路阀118、和入口导流叶片102。除此之外，也随时间的过去改变旁路阀118的开度，等等。因此，通过重复图13的步骤预定的循环，将燃气轮机系统1的操作条件分配在预定区中，从而可以执行条件的搜索。应当注意，在图16(a)中，尽管操作条件是在旁路阀开度和引燃比率的二维平面上的水平和垂直方向上改变的，但是，操作条件的改变并不限于水平和垂直方向，而是旁路阀开度和引燃比率二者可以同时改变，或可以进行在条件搜索的边界线上运行的搜索。此外，尽管将旁路阀开度和引燃比率说成是控制因素，但是控制因素不限于此。
此外，当要在步骤S211中决定试验点时，校正量计算部分40可以输出一个校正量，以便在输出实际校正量之前预测改变操作条件之后的燃烧波动水平，并且，作为其结果，仅在作出了可以维持稳定的燃烧的判断之后，才可以输出校正量。为此目的，根据存储在数据库30和知识数据库32中的过去的数据和经验信息改变操作条件，并且预测对应于这种改变的结果。
因此，在搜索操作条件的同时，可以减小燃烧波动水平偏离阈值的可能性。
当从输出部分24输出校正量时，在每次改变操作条件时，在步骤S210中，将作为改变操作条件的结果的过程数据存储在数据库30中。在步骤S210中，在判断预定区的搜索已经完成时，决定一个最佳操作条件(最佳点)(步骤S213)。
为此，在搜索完成的时刻，从存储在数据库30中的每个试验点的数据决定了最佳点(最佳操作条件)。最佳操作条件可以是一个具有最高燃烧稳定性的操作条件，或，除此之外，可以将燃气轮机系统1的每个单元的热效率或效率考虑进来，以便决定最佳操作条件。此外，也可以将环境保护性能考虑进来。如果燃气轮机系统1是一个组合循环发电系统(燃气轮机组合循环工厂)的结构的一部分，那么可以考虑进组合循环发电系统的工厂效率。此外，不仅在每个试验点数据中决定最佳点，而且可以是条件搜索区中的另一个点，这个点，例如，用非线性多重回归等式或多项式检验每个试验点的结果，被评价是最佳的。
以这种方式，例如，可以将图15(b)中所示的初始操作条件改变到图15(c)中所示的操作条件。
顺便说一下，如上所述，尽管操作条件从稳定区中的稳定状态改变从而找出最佳操作条件，但是，即使在这之前的阶段中，也需要显示参考操作条件的操作进程，如图15(b)中所示。
不用说，这可以在设计阶段通过计算、模拟之类的方法设定。但是，也可以在燃气轮机系统1的试验操作时，如图17中所示那样阶梯式地改变负载，如图15(a)中所示的那样在每个负载阶梯的多个阶梯中改变操作条件，决定在每个负载阶梯中的最高评价的操作条件，并且将如此决定的操作条件彼此连接的方式产生显示参考操作条件的操作进程。
尽管上述说明是在负载几乎稳定状态下的控制，但是，对于燃气轮机的启动和停止时，也可以自动改变操作条件。为此，如图12中所示，在自动调节部分20中提供一个进程计划部分44，并且据此，在每次启动或停止时使用不同的操作条件的进程。因此，通过多次进行启动和停止，存储了不同的操作条件的数据，并且根据这种数据，可以设定启动或停止时的最佳操作条件。
图18是显示设定启动和停止时的最佳操作条件(操作进程)的条件搜索过程的流程图。在这里，与图13的步骤相同或类似的过程的步骤赋予了相同的参考号，并且省略了它们的说明。
在每次进行启动或停止时，执行图18中所示的条件搜索过程。在每次启动或停止时，通过步骤S211决定一个试验点，在如此决定的试验点的操作条件下启动或停止燃气轮机系统1，并且将该时间的操作条件的过程数据存储在数据库30中。在进行了预定次数的启动或停止之后，根据迄今为止存储的数据库30，计算最佳操作条件(操作进程)。
因此，在稳定状态或在启动或停止时，也能搜索以自动获得高度稳定的操作条件或高度经济的操作条件，从而可以实现稳定和经济的操作。
在上述的过程序列中，如果出现燃烧波动的前兆或出现偏离管理值，那么执行抑制燃烧波动的过程，但是，除此之外，如图16(b)中所示，此后可以滑动要执行的条件搜索的范围。从而，获得了能够找到更好的操作条件的可能性。
尽管以上的实施例中提到了各种不同控制因素，但是也可以有其它的控制因素，除非造成偏离本发明的基础，可以适当地选择这些控制因素以部分地采用或放弃，或可以适当地将结构改变成其它结构。
权利要求
1.一种燃气轮机控制装置包括频率分析部分，用于执行燃气轮机的燃烧室中的压力或加速度的波动的频率分析，和输出将所述频率分析的结果划分成多个频带的划分成频带的分析结果；优先次序信息包容部分，用于包容有关为所述多个频带设定的优先次序的信息；燃烧特性掌握部分，用于根据所述划分成频带的分析结果和所述燃气轮机的处理数据掌握所述燃气轮机的燃烧波动的特性；和控制部分，用于在所述燃烧特性掌握部分掌握到在多个频带中产生燃烧波动时，根据包容在所述优先次序信息包容部分中的所述优先次序的信息，调节提供到所述燃烧室中的燃料流率和空气流率中的至少一个，从而抑制一个高优先次序的频带的燃烧波动。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机控制装置，其中当所述控制部分调节提供到所述燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个时，所述控制部分将调节的内容和有关由于调节的结果在所述燃烧室中的燃烧状态的改变的信息存储在一个数据库中。
3.根据权利要求2所述的燃气轮机控制装置，其中所述燃气轮机控制装置进一步包括基本数据库，所述基本数据库中包含通过分析根据存储在另一个燃气轮机的所述数据库中的所述信息获得的信息，并且所述控制部分根据通过分析得到的并且包含在所述基本数据库中的所述信息，调节提供到所述燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的燃气轮机控制装置，其中所述燃气轮机控制装置进一步包括检测所述燃气轮机的故障的涡轮机故障检测部分，并且，当所述涡轮机故障检测部分检测到所述燃气轮机的故障时，所述控制部分不进行调节，而是通知外部产生了故障。
5.根据权利要求1所述的燃气轮机控制装置，其中所述燃气轮机控制装置进一步包括检测所述燃烧室中的压力或加速度的波动的传感器和检测所述传感器的故障的传感器故障检测部分，并且，当所述传感器故障检测部分检测到所述传感器的故障时，所述控制部分不进行调节，而是通知外部产生了故障。
6.根据权利要求1所述的燃气轮机控制装置，其中所述控制部分根据提供到所述燃烧室的燃料的组成成分，校正对提供到所述燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个进行的调节的内容。
7.一种燃气轮机系统，包括包含燃烧室的燃气轮机；频率分析部分，用于执行所述燃烧室中的压力或加速度波动的频率分析，并且输出将所述频率分析的结果划分成多个频带的划分成频带的分析结果；优先次序信息包容部分，用于包容为所述多个频带设定的优先次序的信息；燃烧特性掌握部分，用于根据所述划分成频带的分析结果和所述燃气轮机的处理数据掌握所述燃气轮机的燃烧波动的特性；和控制部分，用于当所述燃烧特性掌握部分掌握到多个频带中产生燃烧波动时，根据包含在所述优先次序信息包容部分中的所述优先次序的信息，调节提供到所述燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个，以便抑制一个高优先次序的频带的燃烧波动。
8.一种燃气轮机控制方法，包括执行燃气轮机的燃烧室中的压力或加速度的波动的频率分析，并且输出将所述频率分析的结果划分成多个频带的划分成频带的分析结果的步骤；根据所述划分成频带的分析结果和所述燃气轮机的处理数据掌握所述燃气轮机的燃烧波动的特性的步骤；和当在多个频带中产生燃烧波动时，根据预定的优先次序调节提供到所述燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个，以便抑制一个高优先次序的频带的燃烧波动的步骤。
9.一种燃气轮机控制装置，包括频率分析部分，用于执行燃气轮机的燃烧室中的压力或加速度的波动的频率分析，并且输出将所述频率分析的结果划分成多个频带的划分成频带的分析结果；燃烧特性掌握部分，用于根据所述划分成频带的分析结果和所述燃气轮机的处理数据掌握所述燃气轮机的燃烧波动的特性；控制部分，用于在所述燃烧特性掌握部分掌握到产生燃烧波动时，调节提供到所述燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个，以便抑制燃烧波动；和搜索和控制部分，通过在所述控制部分没有执行调节以抑制燃烧波动的状态下改变提供到所述燃烧室中的燃料流率和空气流率中的至少一个而搜索最佳操作条件，并且，对应于得到的所述最佳操作条件，调节提供到所述燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个。
10.根据权利要求9所述的燃气轮机控制装置，其中所述搜索和控制部分将所述最佳操作条件决定为一个其中对抗燃烧波动的稳定性是最高的操作条件。
11.根据权利要求9所述的燃气轮机控制装置，其中所述搜索和控制部分除了通过评价对抗燃烧波动的稳定性之外，还通过评价所述燃气轮机的热效率来搜索所述最佳操作条件。
12.根据权利要求9所述的燃气轮机控制装置，其中所述搜索和控制部分根据预定的简表，改变提供到所述燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个。
13.根据权利要求12所述的燃气轮机控制装置，其中，当所述搜索和控制部分根据所述简表改变提供到所述燃烧器的燃料流率和空气流率中的至少一个时，所述搜索和控制部分预测是否可能发生燃烧波动，并且，如果预测可能发生燃烧波动，那么所述搜索和控制部分停止改变提供到所述燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个。
14.根据权利要求9所述的燃气轮机控制装置，其中，如果由于所述搜索和控制部分改变提供到所述燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个的结果而产生了燃烧波动，那么所述搜索和控制部分停止改变提供到所述燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个。
15.根据权利要求14所述的燃气轮机控制装置，其中，如果由于所述搜索和控制部分改变提供到所述燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个的结果而产生燃烧波动，那么所述控制部分调节提供到所述燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个，以便抑制燃烧波动。
16.一种燃气轮机系统，包括包括燃烧室的燃气轮机；和搜索和控制部分，用于通过在所述燃气轮机中没有燃烧波动的状态下改变提供到所述燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个而搜索最佳操作条件，并且，对应于得到的所述最佳操作条件，调节提供到所述燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个。
17.根据权利要求16所述的燃气轮机系统，其中所述搜索和控制部分通过在每次启动或停止所述燃气轮机时，改变提供到所述燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个，以及通过多次进行启动或停止，搜索所述燃气轮机的启动和停止时的最佳操作条件。
18.一种燃气轮机控制方法，包括执行燃气轮机的燃烧室中的压力或加速度的波动的频率分析并且输出其分析结果的结果输出步骤；根据所述分析结果和所述燃气轮机的处理数据掌握所述燃气轮机的燃烧波动的特性的特性掌握步骤；如果所述特性掌握步骤掌握到所述燃气轮机的燃烧波动的特性的结果是产生燃烧波动，那么调节提供到所述燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个，以便抑制燃烧波动的波动抑制步骤；和通过在没有执行所述波动抑制步骤的状态下改变提供到所述燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个而搜索最佳操作条件，并且，对应于得到的所述最佳操作条件，调节提供到所述燃烧室的燃料流率和空气流率中的至少一个的条件搜索步骤。
全文摘要
提供了一种燃气轮机控制装置，通过控制装置，即使在多个频带中产生燃烧波动，也能有效地抑制。如果在多个频带中产生燃烧波动，对应于预定优先次序，进行调节从而抑制一个高优先次序的频带的燃烧波动。如果在调节后燃气轮机状态改变，那么将其反射到数据库30。如果由于任何原因，例如紧接着燃气轮机安装之后，尚未存储足够的数据，那么利用基于包含在基本数据库31中的另一个相同类型的燃气轮机的数据的对策数据，和基于包含在知识数据库32中的熟练的调节操作人员的经验的对策数据，进行校正。此外，在稳定状态下，可以改变操作条件以便自动地搜索最佳操作条件。
文档编号F02C9/00GK1611839SQ20041008777
公开日2005年5月4日 申请日期2004年10月28日 优先权日2003年10月30日
发明者野村真澄, 射场博之, 外山浩三, 川上朋 申请人:三菱重工业株式会社