用来确定用于燃气涡轮机的燃料分摊的系统和方法与流程

本发明主题大体上涉及燃气涡轮机，且更具体地，涉及用来确定用于燃气涡轮机的燃料分摊(fuelsplit)的系统和方法。

背景技术：

工业和发电燃气涡轮机具有监视和控制它们的运行的涡轮控制系统(控制器)。这些控制器管理燃气涡轮机的燃烧系统和涡轮机的其他运行方面。因此，控制器可执行调整燃料流、燃烧器燃料分摊(即，进入燃气涡轮机的总燃料流在涡轮机的各种燃料回路之间的分配)，入口导叶(igv)的角度和其他控制输入的调度算法，以确保燃气涡轮机的安全和高效运行。另外，涡轮机控制器可接收测量的运行参数和期望的运行设置的输入值，其与调度算法一起，确定用于控制参数以实现期望运行的设置。对于控制参数由调度算法规定的值可促使涡轮机以期望的状态运行，诸如以期望的输出水平和/或在限定的排放物限制内。

技术实现要素：

本发明主题的各方面和优点将在以下说明中部分地阐述，或者可由该说明而显而易见，或者可通过实践本发明主题而获悉。

在一方面，本发明主题针对一种用来确定用于燃气涡轮机的燃料分摊的方法。该方法大体上可包括用计算装置监视燃气涡轮机的空气流相关参数，并且利用该计算装置基于燃气涡轮机的燃烧基准温度确定对于空气流相关参数的第一和第二基准值。第一基准值可与燃气涡轮机的第一负载路径相关联，而第二基准值可与燃气涡轮机的第二负载路径相关联。该方法也可包括利用该计算装置基于燃烧基准温度确定第一和第二燃料分摊命令。第一燃料分摊命令可与燃气涡轮机的第一负载路径相关联，而第二燃料分摊命令可与燃气涡轮机的第二负载路径相关联。此外，该方法可包括利用该计算装置至少部分地基于第一和第二基准值以及第二和第二燃料命令来确定与空气流相关参数的监视值相关联的待应用于燃气涡轮机内的燃料分摊值，并且利用该计算装置在燃气涡轮机内应用燃料分摊值来调节供应给燃气涡轮机的一个或更多个燃料回路的燃料的量。

在另一方面，本发明主题针对一种用来确定用于燃气涡轮机的燃料分摊的系统。该系统可大体上包括计算装置，该计算装置包括至少一个处理器和相关联的存储器。存储器可存储指令，指令在由(多个)处理器执行时配置计算装置来监视燃气涡轮机的空气流相关参数，并且基于燃气涡轮机的燃烧基准温度确定对于该空气相关参数的第一和第二基准值。第一基准值可与燃气涡轮机的第一负载路径相关联，而第二基准值可与燃气涡轮机的第二负载路径相关联。计算装置也可配置成基于燃烧基准温度确定第一和第二燃料分摊命令。第一燃料分摊命令可与燃气涡轮机的第一负载路径相关联，而第二燃料分摊命令可与燃气涡轮机的第二负载路径相关联。此外，该计算装置可配置成至少部分地基于第一和第二基准值以及第一和第二燃料分摊命令来确定与空气流相关参数的监视值相关联的待应用在燃气涡轮机内的燃料分摊值。

本发明的第一技术方案提供了一种用来确定用于燃气涡轮机的燃料分摊的方法，所述方法包括：利用计算装置来监视所述燃气涡轮机的空气流相关参数；利用所述计算装置来基于所述燃气涡轮机的燃烧基准温度确定对于所述空气流相关参数的第一和第二基准值，第一基准值与所述燃气涡轮机的第一负载路径相关联，而第二基准值与所述燃气涡轮机的第二负载路径相关联；利用所述计算装置来基于所述燃烧基准温度确定第一和第二燃料分摊命令，第一燃料分摊命令与所述燃气涡轮机的所述第一负载路径相关联，而第二燃料分摊命令与所述燃气涡轮机的所述第二负载路径相关联；利用所述计算装置来至少部分地基于所述第一和第二基准值与所述第一和第二燃料分摊命令确定与所述空气流相关参数的被监视值相关联的待应用在所述燃气涡轮机内的燃料分摊值；以及利用所述计算装置来在所述燃气涡轮机内应用所述燃料分摊值，以调节供应至所述燃气涡轮机的一个或更多个燃料回路的燃料的量。

本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，所述空气流相关参数对应于所述燃气涡轮机的燃烧器空气流、压缩机入口空气流、排出空气流或压缩机排放压力中的一个。

本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，基于所述燃烧基准温度确定对于所述空气流相关参数的所述第一和第二基准值包括：基于限定在所述燃烧基准温度和对于所述燃气涡轮机的所述第一负载路径的所述空气流相关参数之间的第一线性函数确定所述第一基准值；以及基于限定在所述燃烧基准温度和对于所述燃气涡轮机的所述第二负载路径的所述空气流相关参数之间的第二线性函数确定所述第二基准值。

本发明的第四技术方案是在第一技术方案中，基于所述燃气涡轮机的所述燃烧基准温度确定对于所述空气流相关参数的所述第一和第二基准值包括基于所述燃烧基准值确定对于所述空气流相关参数的第一和第二初始基准值，所述方法还包括：基于修正因数调节第一初始基准值以产生所述第一基准值，所述修正因数基于所述燃气涡轮机的一个或更多个运行状态而确定；以及基于所述修正因数调节所述第二初始基准值以产生所述第二基准值。

本发明的第五技术方案是在第四技术方案中，所述修正因数对应于作为与所述燃气涡轮机相关联的环境压力的函数而确定的基于压力的修正因数。

本发明的第六技术方案是在第一技术方案中，还包括将所述第一和第二基准值夹在对于所述空气流相关参数限定的最大阈值和最小阈值之间。

本发明的第七技术方案是在第六技术方案中，还包括基于所述燃气涡轮机的进入流温度确定最大和最小阈值，所述最大阈值与所述燃气涡轮机的所述第一负载路径相关联，而所述最小阈值与所述燃气涡轮机的所述第二负载路径相关联。

本发明的第八技术方案是在第七技术方案中，基于所述燃气涡轮机的所述进入流温度确定所述最大和最小阈值包括基于所述进入流温度确定初始最大和最小阈值，所述方法还包括：基于修正因数调节初始最大阈值以产生所述最大阈值，所述修正因数基于所述燃气涡轮机的一个或更多个运行状态确定；以及基于所述修正因数调节初始最小阈值以产生所述最小阈值。

本发明的第九技术方案是在第八技术方案中，所述修正因数对应于作为与所述燃气涡轮机相关联的环境压力的函数而确定的基于压力的修正因数。

本发明的第十技术方案是在第七技术方案中，所述进入流温度对应于所述燃气涡轮机的环境温度或压缩机入口温度。

本发明的第十一技术方案是在第一技术方案中，确定与所述空气流相关参数的被监视值相关联的待应用在所述燃气涡轮机内的所述燃料分摊值包括使用所述第一和第二基准值以及所述第一和第二燃料分摊命令来基于线性插值确定所述燃料分摊值。

本发明的第十二技术方案是在第一技术方案中，所述第一负载路径与对于所述燃气涡轮机的最大空气流状态相关联，而所述第二负载路径与对于所述燃气涡轮机的最小空气流状态相关联。

本发明的第十三技术方案提供了一种用来确定用于燃气涡轮机的燃料分摊的系统，所述系统包括：计算装置，其包括至少一个处理器和相关联的存储器，所述存储器存储指令，所述指令在由所述至少一个处理器执行时，将所述计算装置配置成：监视所述燃气涡轮机的空气流相关参数；基于所述燃气涡轮机的燃烧基准温度确定对于所述空气流相关参数的第一和第二基准值，第一基准值与所述燃气涡轮机的第一负载路径相关联，而第二基准值与所述燃气涡轮机的第二负载路径相关联；基于所述燃烧基准温度确定第一和第二燃料分摊命令，第一燃料分摊命令与所述燃气涡轮机的所述第一负载路径相关联，而第二燃料分摊命令与所述燃气涡轮机的所述第二负载路径相关联；以及至少部分地基于所述第一和第二基准值以及所述第一和第二燃料分摊命令来确定与所述空气流相关参数的被监视值相关联的待应用于所述燃气涡轮机内的燃料分摊值。

本发明的第十四技术方案是在第十三技术方案中，所述空气流相关参数对应于所述燃气涡轮机的燃烧器空气流、压缩机入口空气流、排出空气流或压缩机排放压力中的一个。

本发明的第十五技术方案是在第十三技术方案中，所述计算装置配置成基于限定在所述燃烧基准温度和对于所述燃气涡轮机的所述第一负载路径的所述空气流相关参数之间的第一线性函数确定所述第一基准值，并基于限定在所述燃烧基准温度和对于所述燃气涡轮机的所述第二负载路径的所述空气流相关参数之间的第二线性函数确定所述第二基准值。

本发明的第十六技术方案是在第十三技术方案中，所述第一和第二基准值对应于已经基于修正因数调节的修正基准值，所述修正因数基于所述燃气涡轮机的一个或更多个运行状态确定。

本发明的第十七技术方案是在第十三技术方案中，所述计算装置还配置成将所述第一和第二基准值夹在对于所述空气流相关参数限定的最大阈值和最小阈值之间，所述最大阈值与所述燃气涡轮机的所述第一负载路径相关联，而所述最小阈值与所述燃气涡轮机的所述第二负载路径相关联。

本发明的第十八技术方案是在第十七技术方案中，最大和最小阈值对应于已经基于修正因数调节的修正基准值，所述修正因数基于所述燃气涡轮机的一个或更多个运行状态确定。

本发明的第十九技术方案是在第十三技术方案中，所述计算装置配置成使用所述第一和第二基准值以及所述第一和第二燃料分摊命令基于线性插值来确定所述燃料分摊值。

本发明的第二十技术方案是在第十三技术方案中，所述第一负载路径与对于所述燃气涡轮机的最大空气流状态相关联，而所述第二负载路径与对于所述燃气涡轮机的最小空气流状态相关联。

参考以下说明和所附权利要求，本发明主题的这些和其他特征、方面以及优点将变得更好地被理解。并入在说明书中并构成说明书一部分的附图图示了本发明主题的实施例，并且与说明一起用于解释本发明主题的原理。

附图说明

针对本领域的技术人员的本发明的完整且开放的公开内容(包括其最佳模式)在参照附图的说明书中阐释，在附图中：

图1图示了燃气涡轮机的排放温度(y轴线)对燃气涡轮机负载(x轴线)的图绘，特别地图示了对于燃气涡轮机的标准负载路径；

图2图示了按照本发明主题的各方面的用来确定用于燃气涡轮机的燃料分摊的燃气涡轮机和系统两者的一个实施例的示意性视图；

图3图示了按照本发明主题的各方面的可实施以确定用于燃气涡轮机的燃料分摊的控制算法的一个实施例的简化的方块图；

图4图示了燃气涡轮机的燃烧器空气流(y轴线)对燃气涡轮机的燃烧基准温度(x轴线)的图绘，特别地图示了已经基于燃气涡轮机的运行状态修正的对于在不同环境温度下运行的燃气涡轮机的运行曲线；

图5图示了燃气涡轮机的燃烧器空气流(y轴线)对燃气涡轮机的压缩机入口温度(x轴线)的图绘，特别地图示了已经基于燃气涡轮机的运行状态修正的对于沿着燃气涡轮机的标准负载路径运行的燃气涡轮机的运行曲线；以及

图6图示了按照本发明的各方面的用来确定用于燃气涡轮机的燃料分摊的方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明主题的实施例，其一个或更多个示例在附图中图示。每个示例都作为对本发明主题的解释而非对此类主题的限制而提供。实际上，对于本领域技术人员将会明显的是，在本发明主题中可做出各种改型和变型而不背离本发明主题的范围或精神。例如，作为一个实施例的一部分图示或描述的特征可与另一实施例一起使用来产生又另一实施例。因此，意图的是，本发明主题覆盖落入所附权利要求书及其等价物范围内的此类改型和变型。

燃气涡轮机典型地沿两个标准负载路径中的一个运行。图1中图形化地示出了标准负载路径，图1图示了燃气涡轮机的排气温度(y轴线)对燃气涡轮机负载(x轴线)的图绘。如图1中所示，燃气涡轮机可沿第一负载路径(由线10指示)或第二负载路径(由线12指示)运行。第一负载路径10常被称作简单循环或冷负载路径，并且对于燃气涡轮机可对应于在最大空气流状态或接近最大空气流状态的运行。类似地，第二负载路径12常被称作联合循环或热负载路径，并且对于燃气涡轮机可对应于在最小空气流状态或接近最小空气流状态的运行。当沿着第一负载路径10运行时，对于燃气涡轮机的燃烧器燃料分摊典型地根据对于第一负载路径10限定的第一标称燃料分摊计划设置。类似地，当沿着第二负载路径12运行时，对于燃气涡轮机的燃烧器燃料分摊典型地根据对于第二负载路径12限定的第二标称燃料分摊计划设置。此类标称燃料分摊计划典型地限定为用于燃气涡轮机的计算燃烧基准温度(crt)的函数，计算燃烧基准温度与燃烧器内的热生成相关或关联(和/或与燃烧器的排放处气体温度相关或关联)。如通常已知的，crt的值使用各种测量或计算参数(诸如压缩机排放压力、涡轮排出温度、排出空气流量、环境温度和入口导叶角度)作为输入来计算。

燃气涡轮机现在已经得到发展，其能够在标准负载路径之间限定的运行空间内的任何位置运行。例如，可装备涡轮机来在图1中所示的第一和第二负载路径10，12之间限定的运行点14,16,18,20,22中的任一个处运行。当燃气涡轮机运行穿过标准负载路径之间限定的运行空间时，单个回路水平的燃料对空气需求必须进行变化以保持排放物合规，避免声学动力(acousticdynamics)和/或防止熄火(flameout)。不幸的是，依靠单一对于标准负载路径限定的标称燃料分摊计划的常规的燃料调度技术不够强健来适应这样的更宽范围的涡轮机运行。

因此，本发明主题针对用来确定用于燃气涡轮机的燃料分摊的改善的系统和方法。具体地，在若干实施例中，本发明公开涉及用来确定燃料分摊的燃烧控制算法，其配置成由燃气涡轮机的控制器实施。控制算法的实施可允许确定燃料分摊，该燃料分摊许可燃气涡轮机在其标准负载路径(例如，图1中所示的第一和第二负载路径10,12)之间限定的运行空间内运行，同时保持排放物水平，避免声学动力和/或防止熄火。

如以下将要描述的，所公开的控制算法至少部分地基于这样的发现，即燃气涡轮机的某些空气流相关参数(例如，燃烧器空气流)可作为燃气涡轮机的燃烧基准温度(crt)的线性函数表示。此外，已经发现此线性函数可使用基于用于该燃气涡轮机的一个或更多个运行状态(例如环境压力、温度和/或湿度)确定的修正因数而在单个线上塌缩。由于对于标准负载路径的标称燃料分摊计划也可限定为crt的函数，因此在空气流相关参数和crt之间限定的线性函数可用来计算在标准负载路径之间的任何位置处用于燃气涡轮机运行的合适的燃料分摊。例如，在一个实施例中，可执行线性插值来确定作为空气流相关参数和crt的函数的合适的燃料分摊。

参考图2，按照本发明主题的各方面图示了燃气涡轮机100的一个实施例的简化的、示意性视图。如图2中所示，燃气涡轮机100可包括压缩机102，多个燃烧器104，驱动地联接到压缩机102上的涡轮106(例如，经由轴108)以及涡轮机控制系统110(以下称为“控制器110”)。在一个实施例中，燃烧器104可为干式低nox(dln)燃烧系统的一部分且控制器110可编程和/或变更来控制dln燃烧系统。如通常理解的，涡轮106可驱动发电机112(例如，经由轴114)以便产生电力。

如图2中所示，燃气涡轮机100的入口导管116可将环境空气和可能地喷射的水供给到压缩机102中。另外，压缩机102的第一级可包括多个周向布置的、悬垂的入口导叶118(igv)。igv118可联接到致动器120并且可由控制器110致动来调节流经压缩机102的空气流。例如，在沿着燃气涡轮机100的第一负载路径10(图1)的运行期间，igv118可被致动至全开位置，诸如位于大约90度的最大角度处，以允许穿过压缩机102的最大的空气流。类似地，在沿着燃气涡轮机100的第二负载路径12(图1)的运行期间，igv角度可设置到更闭合的位置，诸如在大约41.5度到大约43度的最小角度处，以减小穿过压缩机102的空气流。

此外，如图2中所示，燃气涡轮机100的排气导管122可配置成将来自涡轮106的出口的燃烧气体引导穿过例如排放控制和/或消声装置。备选地，在其中燃气涡轮机100形成联合循环发电设备的一部分的实施例中，排出气体可被引导穿过热回收蒸汽发生(hrsg)系统(未示出)。在这样的实施例中，供应给hrsg系统的排出气体继而可用作用来产生高压、高温蒸汽的热源。蒸汽然后可经过蒸汽涡轮机(未示出)以便产生功率。

燃气涡轮机100也可包括配置成将燃料输送给包含在每个燃烧器104内的各种燃料喷嘴的多个燃料回路。例如，在一个实施例中，燃气涡轮机100可包括四个燃料回路，其中三个燃料回路将燃料输送给燃烧器104的各种预混合燃料喷嘴组件(例如，pm1，pm2和pm3燃料回路)，而扩散燃料回路经由扩散燃料通道将燃料输送至各种燃料喷嘴(d5燃料回路)。然而，应该认识到的是，取决于燃气涡轮机100的构造，燃气涡轮机100通常可包括任何数量和类型的燃料回路，并且因此不需要具有与上所述相同数目和类型的燃料回路。另外，取决于燃气涡轮机100所运行的特定模式，应该认识到的是，燃料可能不穿过燃料回路中的每一个来供应。例如，在部分负载运行期间，燃料可仅穿过pm1，pm2和pm3燃料回路输送给燃烧器104。

在若干实施例中，燃气涡轮机100的运行可由配置成检测与燃气涡轮机100相关联的各种运行参数(包括与环境相关联的参数)的多个不同传感器124来监视。例如，温度传感器124可监视包围燃气涡轮机的环境温度，压缩机入口温度，压缩机排放温度，涡轮排出温度和/或穿过燃气涡轮机100的工作流体和/或燃烧气体的其他温度测量值。类似地，压力传感器124可监视环境压力和在压缩机入口和出口处(例如，压缩机排放压力)、在涡轮排出处和/或在穿过燃气涡轮机100的气体流中的其他位置处的静态以及动态压力水平。另外，湿度传感器124(例如，干湿球形温度计)可测量压缩机102的入口导管处的环境湿度，而一个或更多个入口导叶传感器124可监视或者确认igv118的当前角度。此外，一个或更多个流量传感器124可提供沿燃气涡轮机100在一个或更多个位置处对于工作流体和/或燃烧气体的流量测量值。传感器124也可包括速度传感器、火焰检测器传感器、阀位置传感器等，其感测与燃气涡轮机100的运行有关的各种参数。如本文中所使用的，“参数”指的是可以用来限定燃气涡轮机的运行状态的项，诸如但不限于在燃气涡轮机中限定位置处的温度、压力和气体流量。一些参数可以进行测量，因为它们能够被感测并且可以直接知道。其他参数可使用测量的参数来估计或计算。例如，与燃气涡轮机100相关联的各种空气流(诸如压缩机入口空气流、燃烧器空气流和排出空气流)可基于其他测量的参数来计算或者推导。测量和计算的参数通常可用来代表给定的涡轮机运行状态。

应该认识到的是，如本文中所使用的，当传感器测量值被用来直接或者间接地确定其当前值时，燃气涡轮机100的参数被“监视”。因此，术语“监视”及其变形被用来指传感器124不需要提供被监视的运行参数的直接测量值。例如，传感器124可用来产生与正在被监视的一个或更多个运行参数相关的信号，信号然后可由控制器110或其他合适的装置利用来确定燃气涡轮机100的一个或更多个其他运行参数。例如，可基于由传感器124提供的一个或更多个压力和温度测量值(连同对诸如有效面积的涡轮机几何形状的知识一起)来估计压缩机入口流量。类似地，可基于一个或更多个其他监视的运行参数来确定燃烧器空气流。

仍然参考图2，燃料控制器126可配置成调节从燃料供应源(未示出)流向每个燃烧器104的燃料。燃料控制器126也可选择供应给每个燃烧器104的燃料的类型。另外，在一个实施例中，燃料控制器126可配置成实施燃料分摊命令，燃料分摊命令确定流向燃烧器104的各种燃料回路的燃料的部分。通常燃料分摊命令可对应于对于每个燃料回路的燃料分摊百分比，其可限定通过特定的燃料回路供应多少百分比的输送给燃烧器104的总燃料量(例如，供应给pm1，pm2和pm3燃料回路的总燃料流量的百分比)。

应该认识到的是，控制器110通常可对应于任何合适的基于处理器的(多个)装置(例如，一个或更多个计算装置)，其许可燃气涡轮机100如上所述被控制和/或操作。如此，控制器110可包括配置成执行各种各样计算机实施的功能(例如，执行本文公开的方法、步骤、计算等)的一个或更多个处理器130以及相关联的存储装置132。如本文中所使用的，术语“处理器”不仅仅指本领域中称作包括在计算机中的集成电路，而且还指控制器、微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(plc)、专门用途集成电路和其他的可编程电路。另外，(多个)存储装置132通常可包括(多个)存储元件，包括但不限于，计算机可读取介质(例如，随机存取存储器(ram))，计算机可读取非易失性介质(例如，闪存)，软盘，只读式紧凑光盘(cd-rom)，磁光盘(mod)，数字多功能光盘(dvd)，和/或其他合适的存储元件。(多个)此类存储装置132通常可配置成存储合适的计算机可读取指令，计算机可读取指令在由(多个)处理器130实施时，将控制器110配置成执行各种功能，包括但不限于，基于传感器输入和/或来自人类操作员的指令来控制燃气涡轮机100的运行，确定用于调整到燃烧器104的燃料流量的燃料分摊等。类似地，由控制器110生成的控制命令可促使燃气涡轮机100上的致动器来例如：调节燃料供应源和燃烧器104之间的阀(例如，经由致动器136)，以用于调节流向燃烧器104的流量、燃料分摊以及燃料的类型；调节压缩机102上的入口导叶118的角度(例如，经由致动器120)，以及启动燃气涡轮机100上的其他控制设置。

还应认识到的是，燃料控制器126在一个实施例中可对应于涡轮机控制器110的部件。备选地，燃料控制器126可对应于单独的处理单元，并且因此可包括一个或更多个单独的处理器和相关联的存储器。在这样的实施例中，被实施来调节燃料分摊的燃料分摊命令可由燃料控制器126生成或者可由控制器110生成并随后传输给燃料控制器126。

如图2中所示，本发明主题还针对一种用来确定用于燃气涡轮机的燃料分摊的系统150。总体而言，该系统150可包括按照本文提供的公开的允许该系统150确定用于燃气涡轮机的燃料分摊的任何合适的部件。例如，在一个实施例中，系统150可包括控制器110、燃料控制器126、传感器124和/或图2中所示的其他部件中的任一个。

现在参考图3，按照本发明主题的各方面图示了可由燃气涡轮机控制器实施以确定用于燃气涡轮机的燃料分摊的控制算法200的一个实施例的简化的框图。出于讨论的目的，控制算法200在本文将被描述为由以上参照图2描述的控制器110实施。然而，在其他实施例中，控制算法200可由配置成用于燃气涡轮机的燃料分摊的任何其他合适的控制器或计算装置来实施。

如上所示，控制算法200至少部分地基于以下发现，即燃气涡轮机100的某些空气流相关参数可以表示为燃烧基准温度(crt)的线性函数，并且这样的线性函数可以使用基于用于燃气涡轮机的一个或更多个运行状态(例如，环境压力、温度和/或湿度)的修正系数塌缩到单条线上。出于讨论的目的，将参考燃烧器空气流(即，指示供应至该燃气涡轮机100的燃烧器104的空气的流量的空气流值)和crt之间的线性关系描述控制算法200。然而，线性关系也可在crt和燃气涡轮机100的其他空气流相关参数(诸如压缩机入口空气流、排出空气流和压缩机排放压力)之间限定。

另外，还观察到的是，与空气流相关参数相关联的最小值和最大值取决于不同的环境温度状态(或者压缩机入口状态以考虑入口调节和/或入口放出流)而变化。例如，图4图示了在不同的环境温度状态下燃烧器空气流(y轴线)对crt(x轴线)的压力修正图绘。特别是，图4绘制了指示在高环境温度(例如，120华氏度)下燃气涡轮机运行的第一运行曲线(由虚线280指示)、指示在标准或等距环境温度(例如，大约59华氏度)下燃气涡轮机运行的第二运行曲线(由实线282指示)以及指示在低环境温度(例如，20华氏度)下燃气涡轮机运行的第三运行曲线(由假想线284指示)。如由运行曲线280,282,284的相对水平的部分所示，最小和最大空气流基于环境温度而显著地变化。

基于上述发现/观察，已经发现用于燃气涡轮机的燃料分摊可通过将与空气流相关的有关参数相关联的最小和最大值作为环境状态的线性函数来建模而计算。具体地，在若干实施例中，所公开的控制算法200可允许基于使用稳态燃气涡轮机模型确定的四个不同线性函数或模型来计算燃料分摊。例如，可以计算代表如下内容的模型：1)在可变igv运行期间空气流相关参数和用于燃气涡轮机100的冷的或第一负载路径10(图1)的crt之间限定的线性函数；2)在以最大igb角度运行期间空气流相关参数和用于燃气涡轮机100的冷的或第一负载路径10的对于燃气涡轮机100的进入流温度(例如，环境温度或压缩机入口温度)之间限定的线性函数；3)在可变igv运行期间空气流相关参数和用于燃气涡轮机100的热的或第二负载路径12(图1)的crt之间限定的线性函数；以及4)在以最小igv角度运行期间空气流相关参数和用于燃气涡轮机100的热的或第二负载路径12的进入流温度之间限定的线性函数。与设定用于涡轮机的第一和第二负载路径10,12的标称燃料分摊计划(限定为crt的函数)一起使用这样的模型，控制算法200可配置成计算在涡轮机的负载空间内的任何运行位置处的燃料分摊。

特别参考图3，控制算法200可利用crt作为到其控制块中的一个或更多个的输入。如通常理解的那样，控制器100可配置成连续地计算在燃气涡轮机100的运行期间对于crt的值。具体地，对于crt的值可基于代表各种测量的运行参数的可用数据和燃气涡轮机100的常数来计算。例如，测量或计算的运行参数(诸如压缩机排放压力，涡轮机排出温度，排出空气流量，环境温度和入口导叶角度)可用作用于计算的输入。关联此类运行参数和任何其他所需参数/条件的数学模型通常可编程到控制器110的存储器132里。因而，在燃气涡轮机100的运行期间，crt的值可由控制器110实时、自动且连续地计算。

本领域技术人员应该容易理解的是，用于确定crt的值的数学模型的开发通常包括考虑大量的与燃气涡轮机的各种运行参数和状态相关联的气动热学、非线性方程。另外，该模型通常会在不同燃气涡轮机之间变化。因此，对于本领域技术人员应该明显的是，本领域中用来确定用于特定的燃气涡轮机100的crt的值的任何已知数学模型都可使用而不背离本发明主题的范围。

如图3中所示，由控制器110计算的当前crt值可输入到控制块202中以允许待确定用于空气流相关参数的初始基准值。具体地，在若干实施例中，控制器110可配置成基于当前crt值计算用于空气流相关参数的第一初始基准值(由箭头204指示)和第二初始基准值(由箭头206指示)。按照本发明主题的各方面，可使用分别与燃气涡轮机100的第一和第二负载路径10,12相关的不同模型或函数来计算第一和第二初始基准值204,206。

例如，第一初始基准值204通常可与燃气涡轮机100的冷的或第一负载路径10相关联。如以上所指出的，可开发代表在可变igv运行期间限定在空气流相关参数和对于冷的或第一负载路径10的crt之间的线性函数的模型。然后可利用这样的线性函数来计算第一初始基准值204。例如，可使用假定iso日间运行状态的线性函数来计算第一初始基准值204。

类似地，第二初始基准值206通常可与燃气涡轮机100的热的或第二负载路径12相关联。例如，如以上所指出的，可开发代表在可变igv运行期间限定在空气流相关参数和对于热的或第二负载路径12的crt之间的线性函数的模型。然后可利用这样的线性函数来计算第二初始基准值206。例如，可使用假定iso日间运行状态的线性函数计算第二初始基准值206。

另外，如图3中所示，对于空气流相关参数计算的第一和第二初始基准值204,206可输入到控制块208中以允许将基于运行状态的修正因数(由箭头210指示)应用于初始基准值204，206。具体地，在若干实施例中，可利用基于压力的修正因数210来说明空气流相关参数中任何基于压力的变化。例如，如以上指出的那样，图4图示了相对于crt所图绘的燃烧器空气流的压力修正值。通过应用基于压力的修正因数210，燃烧器空气流值可在每个环境运行温度塌缩到单个运行曲线上(例如，图4中所示的每条曲线280,282,284)，而不管环境压力和燃气涡轮机100运行所沿的负载路径如何。在其他实施例中，可应用类似的基于环境温度和/或湿度的基于运行状态的修正(例如，取决于可应用的压缩机/燃烧器构造)。

如图3中所示，在应用修正因数210后可从控制块208输出第一和第二修正基准值。具体地，在应用修正因数210后可输出对应于第一初始基准值204的第一修正基准值(由箭头212指示)。类似地，在应用修正因数210后可输出对应于第二初始基准值206的第二修正基准值(由箭头214指示)。

在若干实施例中，修正因数210可对应于一个乘数，其由每个初始基准值204，206相乘来计算对应的修正基准值212,214。例如，当修正因数210对应于基于压力的修正因数时，该修正因数可作为对于燃气涡轮机100的当前环境压力和对于燃气涡轮机100的标准或等距压力值(例如，每平方英寸14.7磅)的函数来确定。然后可将确定的修正因数乘以每个初始基准值204,206来计算对应的修正基准值212,214。

如图3中所示，从控制块208输出的修正基准值212,214然后可输入到控制块216中，在这里基准值212,214夹在对于空气流相关参数限定的最大阈值(由箭头218指示)和最小阈值(由箭头220指示)之间。具体地，在控制块216处，第一修正基准值212可与最大和最小阈值218,220进行比较来产生第一最终基准值(由箭头222指示)，而第二修正基准值214可与最大和最小阈值218,228进行比较来产生第二最终基准值(由箭头224指示)。在这样的情况下，如果第一和第二修正基准值212,214对应于在最大和最小阈值218,220之间限定的值，则第一和第二最终基准值222,224可简单地分别对应于第一和第二修正基准值212,214。然而，如果第一修正基准值212或第二修正基准值214超出最大阈值218，则对应的最终基准值222,224可等于最大阈值218。类似地，如果第一修正基准值212或第二修正基准值214小于最小阈值220，则对应的最终基准值222,224可等于最小阈值220。

如图3中所示，在一个实施例中，最大和最小阈值218,220可使用所公开的控制算法200的子算法240确定。具体地，如图示实施例中所示，子算法240可利用燃气涡轮机100的进入流温度(ift)作为到控制块242的输入。在一个实施例中，进入流温度可对应于燃气涡轮机100的压缩机入口温度。在另一个实施例中，进入流温度可对应于与燃气涡轮机100相关联的环境温度。如以上所指出的那样，(多个)这样的温度可使用与燃气涡轮机100相关联的一个或更多个温度传感器124监视。

如图3中所示，当前ift值可输入到控制块242中以允许确定对于空气流相关参数的初始最大和最小阈值。具体地，在若干实施例中，控制器110可配置成基于当前ift值计算对于空气流相关参数的初始最大阈值(由箭头244指示)和初始最小阈值(由箭头246指示)。按照本发明主题的各方面，可使用分别与燃气涡轮机100的第一和第二负载路径10,12相关的不同模型或函数来计算初始最大和最小阈值。

例如，初始最大阈值244通常可与燃气涡轮机100的冷的或第一负载路径10相关联。如以上所指出的，可开发代表以最大igv角度运行期间在空气流相关参数和对于冷的或第一负载路径10的ift之间限定的线性函数的模型。然后可利用这样的线性函数来计算初始最大阈值244。例如，可使用假定iso日间运行状态的线性函数来计算初始最大阈值244。

类似地，初始最小阈值246通常可与燃气涡轮机100的热的或第二负载路径12相关联。例如，如以上所指出的，可开发代表以最小igv角度运行期间在空气流相关参数和对于热的或第二负载路径12的ift之间限定的线性函数的模型。然后可利用这样的线性函数来计算初始最小阈值246。例如，可使用假定iso日间运行状态的线性函数来计算初始最小阈值246。

另外，如图3中所示，对于空气流相关参数计算的初始最大和最小阈值244,246然后可输入到控制块248中以允许将基于运行状态的修正因数(由箭头250指示)应用于阈值244，246。类似于以上所述的修正因数220，修正因数250可基于燃气涡轮机100的一个或更多个运行状态(诸如对于燃气涡轮机100的环境压力、温度和/或湿度)来确定。具体地，在一个实施例中，可利用基于压力的修正因数250来说明空气流相关参数中任何基于压力的变化。例如，图5图示了相对燃气涡轮机100的压缩机入口温度(x轴线)而绘制的燃烧器空气流的压力修正值(y轴线)。如图所示，通过应用基于压力的修正因数240，对于每个负载路径10,12燃烧器空气流值可塌缩到单个运行曲线上，而不管环境压力如何。具体地，对于沿燃气涡轮机100的第一负载路径10的运行，空气流值可塌缩在第一运行曲线(由虚线290示出)上，而对于沿燃气涡轮机100的第二负载路径12的运行，空气流值可塌缩在第二运行曲线(由实线292示出)上。

再参考图3，如图所示，在应用修正因数250后可从控制块248输出修正最大和最小阈值。具体地，在应用修正因数250后可输出对应于初始最大阈值244的修正最大阈值(由箭头218指示)。类似地，在应用修正因数250后可输出对应于初始最小阈值246的修正最小阈值(由箭头220指示)。如图3中所示，修正最大和最小阈值218,220然后可以输入到控制块216中以允许夹住修正基准值212,214。

与上述修正因数220类似，在若干实施例中，修正因数250可对应于乘数，该乘数由每个初始阈值244,246相乘来计算对应的修正阈值218，220。例如，当修正因数250对应于基于压力的修正因数时，该修正因数可作为对于燃气涡轮机100的当前环境压力和对于燃气涡轮机100的标准或等距压力值(例如，每平方英寸14.7磅)的函数来确定。然后可将确定的修正因数乘以每个初始阈值244,246来计算对应的修正阈值218,220。

依然参考图3，在控制块250，可基于由控制器110计算的当前crt值确定第一和第二燃料分摊命令。具体地，如以上所示，可对于燃气涡轮机100的每个负载路径10，12限定标称燃料分摊计划。因而，基于当前crt值，可使用对于冷的或第一负载路径10限定的标称燃料分摊计划来确定第一燃料分摊命令(由箭头252指示)，且可使用对于热的或第二负载路径12限定的标称燃料分摊计划来确定第二燃料分摊命令(由箭头254指示)。

如图3中所示，在控制块260，可基于从控制块216输出的最终基准值222,224、从控制块250输出的燃料分摊命令252,254以及对于空气流相关参数的当前值来确定用于燃气涡轮机100的当前燃料分摊值。对于空气流相关参数的当前值通常可对应于由控制器110基于燃气涡轮机100的传感器测量值和/或离线/在线模型确定的监视值。例如，当空气流相关参数对应于燃烧器空气流、压缩机入口空气流、排出空气流或压缩机排放压力时，控制器110可配置成基于由传感器124提供的传感器测量值和/或涡轮机模型来确定对于空气流相关参数的当前值。

在若干实施例中，要与对于空气流相关参数的当前值相关联的当前燃料分摊值可基于最终基准值222,224和燃料分摊命令252,254使用线性插值方法来确定。例如，在一个特定的实施例中，燃料分摊值可使用以下表达式(等式1)计算：

(1)

其中，fscurrent对应于在控制块260计算的当前燃料分摊值，fshot对应于在控制块250计算的第二燃料分摊命令254，fscold对应于在控制块250计算的第一燃料分摊命令252，afcurrent对应于对于输入到控制块260中的空气流相关参数的当前值，afhot对应于从控制块216输出的第二最终基准值224，以及afcold对应于从控制块260输出的第一最终基准值222。

应该认识到的是，在其他实施例中，可使用任何其他合适的等式或函数来基于最终基准值222,224和燃料分摊命令252,254来计算当前燃料分摊值。还应该认识到的是，可在控制块260对于燃气涡轮机100的每个燃料回路计算当前分摊值。对于每个燃料回路确定的当前分摊值然后可在燃气涡轮机100内应用以调节总燃料流供应给各种燃料回路的量。

现在参考图6，图示了按照本发明主题的各方面的用来确定用于燃气涡轮机的燃料分摊的方法300的一个实施例的流程图。总体上，该方法300将参照以上参考图1-3描述的燃气涡轮机100、系统150和控制算法200来描述。然而，本领域技术人员应该认识到的是，所公开的方法300通常可用来确定用于具有任何其他合适的涡轮机构造的燃气涡轮机，以及用于具有任何其他合适的系统构造的系统的燃料分摊。类似地，该方法300可使用与本文提供的公开一致的任何其他合适的控制算法来实施。另外，尽管图6描绘了出于说明和讨论目的以特定顺序实施的步骤，但本文讨论的方法并不限于任何特定的顺序或布置。使用本文提供的公开的本领域技术人员将会认识到，本文公开的方法的各种步骤可以以各种方式省略、重新安排、组合和/或改变而不背离本发明公开的范围。

如图6中所示，在(302)，方法300可包括监视燃气涡轮机的空气流相关参数。如以上所示，在若干实施例中，空气流相关参数可对应于燃烧器空气流、压缩机入口空气流、排出空气流或压缩机排放压力。在这样的实施例中，控制器110可配置成基于从传感器124中的一个或更多个接收的测量值和/或基于燃气涡轮机100的一个或更多个在线/离线模型来监视空气流相关参数。例如，如以上所示，可基于各种传感器测量值(例如，温度和压力测量值)以及与涡轮机几何形状相关的知识来推出压缩机入口空气流。

另外，在(304)，方法300可包括基于燃气涡轮机的燃烧基准温度来确定对于空气流相关参数的第一和第二初始基准值。具体地，如以上参考图3所示，控制器110可配置成(例如，在控制块202)基于当前crt值计算对于空气流相关参数的第一初始基准值204和第二初始基准值206。例如，可使用代表在可变igv运行期间限定在空气流相关参数和对于燃气涡轮机100的冷的或第一负载路径10的crt之间的线性函数的模型来确定第一初始基准值204。类似地，可使用代表在可变igv运行期间限定在空气流相关参数和对于燃气涡轮机100的热的或第二负载路径12的crt之间的线性函数的模型来确定第二初始基准值106。

此外，在(306)，方法300可包括基于修正因数调节第一和第二初始基准值，修正因数基于燃气涡轮机的一个或更多个运行状态来确定。例如，如以上指出的，可利用基于压力的修正因数220来说明空气流相关参数中任何基于压力的变化。因而，通过以基于压力的修正因数220为基础调节初始基准值204,206，空气流相关参数值可在每个环境运行温度塌缩到单个运行曲线上。备选地，修正因数可基于燃气涡轮机100的任何其他合适的运行状态(诸如环境温度和/或湿度)来确定。

依然参考图6,在(308)，方法300可包括将第一和第二修正基准值夹在对于空气流相关参数限定的最大和最小阈值之间。例如，如上文所指出的，控制器110可配置成(例如，在控制块242)基于当前ift值计算对于空气流相关参数的初始最大阈值244和初始最小阈值246，诸如通过使用代表在以最大igv角度运行期间限定在空气流相关参数和对于燃气涡轮机100的冷的或第一负载路径10的ift之间的线性函数的模型来计算初始最大阈值244，以及通过使用代表在以最小igv角度运行期间限定在空气流相关参数和对于燃气涡轮机100的热的或第二负载路径12的ift之间的线性函数的模型来计算初始最小阈值246。然后可使用合适的修正因素250来调节初始阈值244,246(例如，在控制块248)，以生成修正的最大和最小阈值218,220。如图3中所示，然后可使用这样的修正阈值218,220(例如，在控制块216)来夹住第一和第二修正基准值212,214。

另外，在(310)，方法300可包括基于燃烧基准温度确定第一和第二燃料分摊命令。具体地，如以上所指出的，可对于燃气涡轮机100的每个负载路径10,12限定标称燃料分摊计划。因而，基于当前的crt值，控制器110可基于对于冷的或第一负载路径10限定的标称燃料分摊计划确定第一燃料分摊命令252，并基于对于热的或第二负载路径12限定的标称燃料分摊计划确定第二燃料分摊命令254。

此外，在(312)，方法300可包括至少部分地基于第一和第二修正的且被夹住的基准值与第一和第二燃料分摊命令来确定与空气流相关参数的被监视值相关联的待应用于燃气涡轮机内的燃料分摊值。例如，如上文所指出的，可使用线性插值方法来基于最终基准值222,224以及燃料分摊命令252,254计算待应用于空气流相关参数的当前被监视值的当前燃料分摊值(例如，使用等式1)。

此外，在(314)，方法300可包括在燃气涡轮机100内应用确定的燃料分摊值来调节要供应给燃气涡轮机100的一个或更多个燃料回路的燃料的量。例如，基于由控制器110确定的燃料分摊值，可生成并实施燃料分摊命令，使得对应量的总燃料流被供应给与燃料分摊值相关联的燃料回路。

本书面描述使用了实例来公开本发明主题，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明主题，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明主题的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实施例包括并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则此类其它实例意图在权利要求的范围内。