用于监测和控制混合气体涡轮系统的方法及其系统与流程

1.本公开涉及对用于控制在机械驱动应用中使用的混合气体涡轮系统的方法的改进，从而能够提高操作期间的效率。具体地但并非唯一地，本公开涉及用于驱动负载的混合气体涡轮系统，该负载为例如用于液化天然气设施中的制冷剂流体的压缩机、用于压缩管道运输中的气体的压缩机、泵或任何其它旋转机器。
2.本发明还涉及能够实现该方法的监测和控制系统。


背景技术：

3.当前，气体涡轮与电动马达/发电机之间的协作，即所谓的可逆电机(其也可作为发电机操作)，诸如变频驱动电动马达(vfd电动马达)，现在是旨在驱动机械负载的系统领域中的驱动设计趋势。
4.具体地，市场上有叫做“传动系”、“传动系统”或类似的系统，其中电机，或更具体地电动马达/发电机，与气体涡轮联接以驱动负载，诸如一个或多个压缩机或泵。下文中，仅为了便于参考，包括气体涡轮、电动马达/发电机和通常通过离合器或断开装置连接到电动马达/发电机的负载(例如压缩机)的系统通常可被称为“传动系”、“传动系统”或“传动设备”。如本文所用，包括与电动马达/发电机联接的气体涡轮的系统可被称为“混合气体涡轮系统”或“混合气体涡轮传动系”。
5.电动马达/发电机可用于为负载补充机械功率，从而当涡轮的功率利用率下降时保持负载轴上的总机械功率恒定，和/或用于增加总机械功率以驱动负载。电动马达/发电机的此功能被称为“辅助功率”。另一个电动马达或替代地气动马达/发电机通常也用作启动马达，以使气体涡轮从零加速到额定速度。
6.设计成驱动机械负载的混合气体涡轮系统的示例是应用于液化天然气(lng)应用的那些混合气体涡轮系统。lng产生于液化过程，在这个过程中，天然气使用一个或多个级联布置的制冷循环进行冷却，直到其变成液体。天然气通常被液化以用于储存或运输目的，特别是当管道运输不可能时。天然气的冷却采用封闭式或开放式制冷循环来执行。制冷剂在一个或多个压缩机中处理，进行冷凝和膨胀。经膨胀和冷却的制冷剂用于从热交换器中流动的天然气中去除热量。
7.传动系统的一些布局在本领域中是已知的。最常见的一种布局包括气体涡轮连接到一个或多个级联连接的压缩机，其中级联的后一压缩机机械地连接到电动马达/发电机；或者，作为替代方案，气体涡轮连接到电动马达/发电机，然后该电动马达/发电机连接到压缩机。
8.传动系统的管理变得非常复杂，因为为了操作传动系统而必须考虑和平衡若干变量。如上所述，目前可用的非常复杂的设备具有连接到控制计算机系统的多个传感器和致动器，由此控制并适当地管理传动系统的操作。
9.然而，现代发电厂必须满足许多限制，而不仅仅是技术类型的限制。具体地，从环境角度来看，通常要求减少co、co2和no
x
、so
x
的排放，这取决于所操作的气体涡轮的类型并
且几乎随气体涡轮生成的功率线性增加。排放控制需要管理若干参数，这些参数可以根据环境温度、湿度、燃料组成和其它参数而变化，通常不易由操作者一起控制。
10.此外，通常需要对传动系统的维护进行编程，以便延长其寿命。然而，为了延长传动系统的寿命，需要根据其特定用途进行操作管理。换句话说，根据环境和通常的操作条件，传动系统的维护计划可能发生显著变化。
11.此外，并且结合上文所述，通常要求最小化与任何混合气体涡轮系统或传动系统的操作相关的资本支出和操作支出，并且因此最大化从任何设备可获得的利润，同时最小化气体涡轮排放，或者在某些情况下，将气体涡轮排放保持在法律规定的特定阈值以下。这意味着需要高度专业的操作者来管理和控制此类系统或设备。具体地，这需要操作者具有较高的教育水平和对控制和管理系统的深入了解。
12.已知现代设备具有大量传感器和致动器，以用于通过适当编程的计算机系统来操作这些设备。然而，有时此类计算机系统不能控制混合气体涡轮系统以实现最佳操作，这有助于增加利润。而且，通常操作者可能不具有评估在操作气体涡轮(其消耗燃料)与操作电动马达/发电机(其消耗或产生电功率)之间共享的电力供应之间的正确平衡和折衷所需要的所有技术和商业技能，尤其是在如上文所描述的多单元设备的情况下。
13.因此，对能够优化操作的混合气体涡轮系统或传动系统的需求日益增长，同时还要考虑排放和其它若干参数，而不仅仅是物理参数，以便最大化混合气体涡轮的利润和效率。


技术实现要素：

14.在一个方面，本文公开的主题涉及一种用于监测和控制混合气体涡轮系统的方法。该混合气体涡轮系统包括待由燃料操作的至少一个气体涡轮、能够作为发电机或作为马达操作的至少一个电动马达/发电机、以及用于对它们进行控制的多个致动器。该方法由控制逻辑单元实现。该方法包括以下步骤：接收一组操作变量x，以用于检测气体涡轮和电动马达/发电机的操作状态；接收一组外部变量w；选择一组控制变量u，以用于控制气体涡轮和电动马达/发电机的操作状态；设置一组优化变量y，其中优化变量y的值取决于操作变量x、控制变量u和外部变量w。优化变量y的值必须调整以进行优化。另外，该方法包括以下步骤：通过对优化变量y的值进行优化来处理操作变量x、控制变量u和外部变量w中的一者或多者，以及基于如通过优化变量y的优化获得的控制变量u来生成和发送一个或多个控制信号以控制混合气体涡轮系统的致动器。
15.在一个方面，一个或多个控制信号允许控制供应气体涡轮的燃料和由电动马达/发电机生成或转换的功率。
16.在另一方面，本文公开了一种气体涡轮，该气体涡轮包括可操作地连接到控制逻辑单元的燃料控制器模块。电动马达/发电机包括可操作地连接到控制逻辑单元的电动马达/发电机控制器。控制逻辑单元被配置为将在生成步骤中生成的控制信号发送到燃料控制器模块和电动马达/发电机控制器以控制气体涡轮的操作和电动马达/发电机的操作。
17.在另一方面，控制逻辑单元连接到能量源或发电设备。发电设备的类型的示例可包括:电网储能设备、太阳能电池板设备、风力发电设备、水热发电设备和火力发电设备。
18.在一个方面，气体涡轮连接到负载，诸如泵或压缩机。此外，气体涡轮通过断开装
置如自同步离合器或超速离合器连接到负载。由断开装置进行的断开或连接可以由操作者手动操作和/或由致动器自动操作。
19.在一个方面，本文公开的主题涉及混合气体涡轮系统、待由燃料操作的至少一个气体涡轮，该至少一个气体涡轮包括燃料控制器模块，该燃料控制器模块能够操作以控制待供应到气体涡轮的燃料。混合气体涡轮系统还包括至少一个电动马达/发电机，其能够作为发电机或作为电动马达操作，该至少一个电动马达/发电机包括电动马达/发电机控制器和控制逻辑单元，电动马达/发电机控制器适于控制和调节由电动马达/发电机生成或转换的电功率，控制逻辑单元可操作地连接到燃料控制器模块和电动马达/发电机控制器。
附图说明
20.当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，将容易地获得对本发明所公开的实施方案及其许多伴随的优点的更全面的理解，这同样变得更好理解，其中：
21.图1示出了用于监测和控制混合气体涡轮系统的系统的实施方案的框图；
22.图2示出了示出作为环境温度的函数的气体涡轮的iso基本负载的操作百分比；
23.图3示出了作为气体涡轮的功率百分比的函数的no
x
、co和co2排放的曲线图；
24.图4示出了用于监测和控制混合气体涡轮系统的系统的控制逻辑单元的实施方案的框图；
25.图5示出了传动系统的第一实施方案
26.图6示出了图5的传动系统在起动/辅助模式下的操作方案；
27.图7示出了图5的传动系统在起动/发电模式下的操作方案；
28.图8示出了传动系统的第二实施方案；
29.图9示出了图8的传动系统在辅助/全电动模式下的操作方案；
30.图10示出了图5的传动系统在发电模式下的操作方案；
31.图11示出了用于监测和控制混合气体涡轮系统的方法的流程图；并且
32.图12示出了对燃料控制器模块和/或电动马达/发电机控制器的控制的流程图。
具体实施方式
33.涡轮机械设备诸如气体涡轮、电动马达/发电机和压缩机/泵可在本领域内以被称为“传动系”或“动系统”的各种构型联接在一起。传动系统的操作需要控制大量的物理参数，这些物理参数也取决于环境参数，诸如：环境温度和湿度、设备老化、进口/出口处的损耗、燃烧动力学等。另外，气体涡轮的排放可能需要被优化以满足安装和操作传动系统的国家法律、法规或规章。最后，为了增加可从设备获得的利润，资本支出、维护支出和操作支出必须保持尽可能低的水平。管理此类数据负载和约束变得复杂，因此用于实现上述所有请求的新的基于计算机的优化方法是操作和/或维护传动系统自身内部的涡轮机械设备和/或附件。
34.参见图1，示意性地示出了整体由附图标记1表示的管理和控制混合气体涡轮系统，该系统通常包括控制逻辑单元2、混合气体涡轮3，该混合气体涡轮继而包括气体涡轮31和电动马达/发电机32，这两者分别通过燃料控制器模块311和电动马达/发电机控制器321可操作地连接到控制逻辑单元2。控制逻辑单元2被配置为控制混合气体涡轮3的操作，如下
文更好地解释，从而满足约束并且优化资源，即，气体涡轮31的燃料和由电动马达/发电机32吸收或供应的功率的使用。
35.控制逻辑单元2能够以不同方式实现。具体地，在一些实施方案中(同样参见下文)，控制逻辑单元2完全体现在直接安装在管理和控制混合气体涡轮系统中的电路板中，该电路板具有预先安装的处理部件，诸如微处理器、plc等，它们被适当地编程，以便执行管理和控制操作。在其它实施方案中，控制逻辑单元2可至少部分地实现为软件，相对于管理和控制混合气体涡轮系统远程运行。具体地，在这种情况下，控制逻辑单元2可以是普通的个人计算机或一般的终端，其被编程为与混合气体涡轮系统交接，从而从可能相对于其远程定位的另一个人计算机或终端接收指令。
36.更具体地，控制逻辑单元2被配置为基于优化算法从若干源4接收数据，并且因此接收尽可能多类型的变量和数据，用作监测和控制方法的输入。这旨在允许气体涡轮31始终优选地100％运行，从而根据工艺条件和财务投入在全自动模式下最大化资本支出，增加收入流，并减少co2和no
x
排放。管理和控制混合气体涡轮系统1还以预测模式操作，即用于可再生能源利用率和以管道为容器的能源储存的天气预报，电能或燃料的交易。控制将在动态模式下起作用，使得最大化总是保持在最佳可能水平。
37.第一组数据或变量41包括操作者的目标排名，其通常包括关于co、co2和no
x
的排放的约束、管道能量存储(其包括例如在管道管理中管道存储能量的能力)以及工艺生产、操作支出和增加气体涡轮31的寿命的要求。这些数据通常从操作者接收。
38.第二组数据或变量42可包括气体涡轮操作数据和天气预报。事实上，已知天气显著地影响气体涡轮的操作。
39.仅作为示例，图2示出了作为环境温度的函数的气体涡轮31的iso基本负载的操作百分比。如可以容易地理解的，超过特定阈值温度t
th
，由气体涡轮31生成的功率随着环境温度t升高而显著降低。不管电动马达/发电机32是否作为辅助设备操作,都会发生这种情况。事实上，作为辅助设备的电动马达/发电机32的操作具有将阈值温度t
th
朝向更高温度(即在曲线图的横坐标的右侧)改变的唯一效果。同样参见图3，可以看出no
x
(曲线a)、co(曲线b)和co2(曲线c)的排放相对于由气体涡轮31供应的功率(表示为总功率的百分比)以不同速率增加。因此，结合从图2和图3的两个曲线图可获得的信息，容易推断环境温度t的增加导致气体涡轮31的性能降低，因此，这继而导致co、co2和no
x
的排放。
40.仍然参见图1，第三组数据43可来自混合气体涡轮系统3所连接的一个或多个能量源或发电设备，诸如，以举例的方式，电网能量存储设备431、太阳能电池板发电设备432、风力发电设备433、水热发电设备434和火力发电设备435。这些数据具体地涉及不同设备的需求和电力供应能力。下面将更好地讨论所考虑的数据。
41.气体涡轮31可以是不同类型，诸如，以举例的方式但不限于：重型气体涡轮或航改气体涡轮。在安装了不同类型的气体涡轮31的情况下，相关的控制变量或参数可以改变。然而，不同气体涡轮31或其它可能的混合架构的安装(如下文更好地说明)将不改变本文所公开的解决方案的保护范围。
42.电动马达/发电机32也可以是不同类型。具体地，一种类型的电动马达/发电机32是变频驱动电动马达(vfd电动马达)32，该vfd电动马达在本领域中经常与气体涡轮31结合用于若干功能，并且具体地作为发电机或马达，如在下文中更好地解释。该类型的电动马
达/发电机32的使用通常特别适用于电气控制。
43.在一些实施方案中，并且特别参见图4，控制逻辑单元2可以包括：处理器21、处理器21所连接的总线22、连接到总线22以便由处理器21访问和控制的数据库23、同样连接到总线22以便由处理器21访问和控制的计算机可读存储器24、连接到总线22的接收-发送模块25，该接收-发送模块被配置为将控制信号发送到气体涡轮31的燃料控制器模块311，并发送到电动马达/发电机32的电动马达/发电机控制器321，以控制混合气体涡轮系统3在不同可用操作模式下的操作。实际上，本文所述的监测和控制方法控制气体涡轮31和电动马达/发电机32以优化混合气体涡轮系统3的操作。通过对由运行一个或多个计算机程序的处理器21处理并且被发送到燃料控制器模块311和电动马达/发电机控制器321的命令信号进行适当“调制”，实现了混合气体涡轮系统3的优化。更具体地，燃料控制器模块311和电动马达/发电机控制器321分别控制气体涡轮31和电动马达/发电机32的致动器，以选择用于其操作的操作模式。在该实施方案中，控制逻辑单元靠近传动系统安装。
44.控制逻辑单元2被配置为执行一个或多个计算机程序，以用于执行旨在控制混合气体涡轮系统3的优化方法或算法。在一些实施方案中，控制逻辑单元2可以是物理硬件，可能靠近混合气体涡轮3安装，或远程布置。在一些实施方案中，控制逻辑单元2还可以基于云或在云中运行。在该实施方案中，仅需要控制逻辑单元2的发送控制信号的部分靠近传动系统安装，而数据处理部分可以相对于传动系统位于远处，并且如所提到的，在基于云的系统中或者在控制室(或计算机/服务器/终端)所在位置附近或位置处，其中控制室/计算机/服务器经由有线或无线装置联接到传动系统或控制信号发送部分。
45.基于优化算法的控制和管理方法具有来自源4的数据和变量作为输入，即第一组41、第二组42和第三组43数据和变量，下文将更好地解释优化算法的一个实施方案。这几组数据41、42和43随后被组织成例如三个集合或向量，以便被处理。该控制和管理方法可以处理所有数据和变量或它们的一部分，使得该方法可以是灵活的。 以此方式，控制和管理方法所基于的相同算法可用于优化数据的子集或用于适应混合气体涡轮系统的不同布局。如下面更好地解释的，可以通过将一组权重参数设置为0或1(或通常设置为不同于0的值)来实现这一点，这些参数用于选择或不选择一个或多个参数或变量。
46.监测和控制优化方法/算法基于多目标优化问题中的多变量回归分析的一组方程。该算法可以用下面的一组方程合成
[0047][0048]
s.t.
[0049]
x
min
≥x≥x
max
[0050]umin
≥u≥u
max
[0051]
其中
[0052]
x∈rb：＝状态向量
[0053]
u∈rm：＝控制变量向量
[0054]
w∈rq：＝外部参数向量
[0055]
具体地，存在三个不同的变量向量，其中控制函数f
k(x，u，w)
表示模型的不同变量之间的关系，如下面更好地解释的。
[0056]
变量向量x包括状态变量，并且可以包含测量值(仪器)和计算值(通过表格和/或已知函数)或估计值(通过估计器)。此类状态变量向量x描述气体涡轮31和电动马达/发电机32的操作状态。在下文中，考虑到可以考虑不同的变量或附加的变量，提供了被组织为向量的状态变量x的示例
[0057][0058]
另一个向量u包括控制变量，该控制变量是控制逻辑单元2的输出，以用于驱动燃料控制器模块311和电动马达/发电机控制器321。以下报告控制变量u的示例，其被布置为
列向量
[0059][0060]
第三变量向量w包括外部变量或数据或参数，其还可以包括经济参数和约束，诸如操作该系统的燃料成本或待收取的税费。控制数据或变量w包括通常由操作者或外部代理设置的实际数据和约束。外部变量的示例报告于以下向量中
[0061][0062]
由用于监测和控制混合气体涡轮系统的方法处理的变量被设计为处理三组变量，即，上述状态变量x、控制变量u和外部变量w。很明显，所有能够表征混合气体涡轮3或一般情况下表征提供了混合气体涡轮系统3的传动系统的操作的变量都可以包括附加变量或其分组。用于控制混合气体涡轮系统3的方法操作一组待被优化的优化变量yi。这些优化或目标变量yi可不同于状态变量x、控制变量u和外部变量w或甚至其子集。优化变量yi也可以在列向量中组织。
[0063]
优化变量yi中的每个优化变量通过特定操作函数f
i(x，u，w)
来表达，以此来表示依赖关系，该依赖关系也可以是非线性的。然后，计算状态变量x、控制变量u和外部变量w的优化值，从而针对每个优化变量yi最小化范数‖y
i-fi(x，u，w)‖，如下
[0064]
[0065]
其中
[0066][0067]
并且
[0068][0069][0070]
可以看出，该优化方法还通过对每个求和因子‖y
i-fi(x，u，w)‖应用权重向量αi来最小化上述方程。
[0071]
优化变量yi共同具有相同的度量，即它们原则上应当通过相同的度量来衡量。例如，在一些实施方案中，优化变量yi可为设备的最大资本支出成本，因此它们应当以美元来衡量。在其它实施方案中，优化变量yi可为设备的功耗，在这种情况下，变量应当以mw来衡量。例如，如果该算法旨在最小化设备的总运行成本，则参数yi中的每个参数将代表设备的运营成本，诸如燃料成本、维护、在过量排放的情况下的罚款成本等。作为另一示例，集合中的可能的优化变量yi可以是电动马达/发电机32的转矩/速度比，这是任何电机的已知参数。
[0072]
如上所述，控制函数f
i(x，u，w)
中的每个控制函数表示参数yi中的每个参数与状态变量x、控制变量u和外部参数w之间的关系。例如，例如以美元表示的燃料成本将是以下各项的函数：所选择的操作类型(使用电动马达/发电机32作为起动/辅助模式、发电模式等)、由电动马达/发电机32生成的功率、燃料的当前成本以及作为环境温度和湿度的函数的气体涡轮31的燃料消耗。很清楚，燃料的成本，尽管以货币即美元表示，同样优选地，优化变量yi的所有其它参数是若干其它参数和变量的函数，既有技术性的(必要的)也有非技术性的。
[0073]
在优化过程结束时，模型找到控制变量u的最适当的值集，通常包括技术变量，以在过程结束时驱动燃料控制器模块311和电动马达/发电机控制器321，从而获得所需的优化调整。
[0074]
如上所述，控制函数f
i(x，u，w)
通常是非线性函数，并且各个气体涡轮以及各个电动马达/发电机的控制函数可不同。只看上面的示例中的一个示例，所采用的燃料的成本是由混合气体涡轮3的气体涡轮31生成的功率的函数，这是机器的特定函数。
[0075]
控制函数f
i(x，u，w)
也可以包括赫维赛德(heaviside)函数的组合，如下概括表示
[0076][0077]
以便表示可能的阈值，即模型的约束(或限制)。例如，可以请求优化单个优化变量y(因此i＝1)，其可以是燃料消耗，从而设置最大阈值f
max
。在这种情况下，用状态变量x、外部变量u和外部参数w表示y的该函数
[0078]
y＝f(x，u，w)
[0079]
将采取以下形式
[0080]
y＝f(x，u，w)
·
(1-θ(f_max)。
[0081]
权重参数αi应用于设置不同优化变量yi之间的相对权重。以此方式，该监测和控制
方法所采用的算法可以是灵活的。在权重αi的一个或多个参数被设置为0的情况下，对应的优化变量yi将被优化过程排除。这还允许简化算法，从而使该算法适应于所接收的或可获得的变量的子集，或者甚至使该算法适并因此使该监测和控制方法应于可能具有不同布局的不同的混合气体涡轮系统3。
[0082]
此外，当考虑了所有优化变量yi时，以下归一化
[0083][0084]
可发生。当然，上述归一化可以根据模型和优化变量yi而变化。
[0085]
此外，在实践中，对权重参数αi的子集进行预设或选择，以便根据特定模式驱动用于监测和控制混合气体涡轮系统的优化方法5来实现特定结果，诸如最大化待生成的功率、最大化气体涡轮31的寿命、最小化排放等。
[0086]
一旦实现了优化，则最小化以下表达式
[0087][0088]
获得状态变量x、控制变量u和外部参数w的值，并且逻辑控制单元2可以将一个或多个命令信号发送到燃料控制器模块311和电动马达/发电机控制器321，以便控制它们的操作并选择混合气体涡轮系统3，从而具体地调节气体涡轮31的燃料消耗，并且由电动马达/发电机32作为马达操作时生成的功率，因此由电动马达/发电机32作为发电机操作时提供的功率辅助气体涡轮31，因此所生成的功率被注入到例如电网(图中未示出)中。
[0089]
控制和监测方法以及气体涡轮系统1的操作如下。
[0090]
如上所述，一旦控制逻辑单元2从与其连接的若干源4接收到数据，该数据(或变量)就被组织成子集。具体地，为了便于描述，它们根据上述三个集合或向量进行组织，即状态变量x、控制变量u和外部变量w，其随后由处理器21进行处理。很明显，根据以上三个集合或向量对变量进行的划分只是形式上的，并且可以进行不同的分组(或者根本不分组)。具体地，在图4公开的实施方案中，处理器21检索存储在计算机可读存储器24中的待处理的计算机程序，以处理所接收的数据。随后，基于优化算法处理数据，优化算法的实施方案已经在上文中公开，以便找到气体涡轮31和电动马达/发电机32的控制的优化。
[0091]
当然，优化算法和用于控制混合气体涡轮系统3的方法也必须根据混合气体涡轮系统3必须在特定环境下操作的操作模式以及根据安装待控制混合气体涡轮系统3的传动系统的布局来进行调整。为了更好地解释这一点，参见图5，其示出了混合气体涡轮3的实施方案，包括作为电动马达/发电机的变频驱动电动马达(vfd电动马达)32和连接在vfd电动马达32下游的气体涡轮31。负载l与气体涡轮31连接。vfd电动马达32能够生成1-3mw的电功率。预期vfd电动马达32可以是不同类型，并且能够生成不同的功率。vfd电动马达32通常在现场实施，因为它特别容易管理和进行电气控制。气体涡轮31被设计为生成30mw的功率源。同样在这种情况下，气体涡轮31是示例性的，并且可以提供不同类型的气体涡轮31。
[0092]
现在参见图6和图7，示出了混合气体涡轮2的两种不同操作模式。更具体地，在图6中，vfd电动马达32作为起动/辅助模式操作，其中vfd电动马达32向气体涡轮31供应(最大)2mw，以便向负载l供应总量为(最大)32mw的功率。
[0093]
相反，在图7中，气体涡轮31在起动/发电模式下操作，使得气体涡轮31向负载l供应(最大)28mw并且向vfd电动马达32供应(最大)2mw。vfd电动马达32还可以连接到电网(图中未示出)，以便将电力注入到电网中。
[0094]
两种操作模式在上述布局中均为可用的。混合气体涡轮系统3的操作可由逻辑控制单元2操作，从而选择不同的操作模式，相对于环境优化操作，即取决于混合气体涡轮3的任何布局。
[0095]
具体地，处理器21(或一般地处理装置)如何处理各种向量和每个向量的变量部分地取决于负载l的要求和所接收的用于最大化一些优化变量yi的约束，以便最大化混合气体涡轮系统3的操作性能或待供应的功率的成本。
[0096]
现在参见图8，示出了传动系统的另一布局，其中负载l通过断开装置33连接到30mw气体涡轮31，并且30mw vfd电动马达32也连接到负载l。
[0097]
通常，安装在传动系统中的断开装置33是离合器、自同步离合器或超越离合器类型。此类离合器配备有被称为锁定(lock-in)装置和锁止(lock-out)装置的装置，该装置在被激活时具有将离合器锁定在接合位置或脱离位置的功能。
[0098]
图9示出了混合气体涡轮3在辅助模式下的操作，此时气体涡轮31以及vfd电动马达32都对负载l生成最大功率，在该情况下为(最大)60mw(即，例如由气体涡轮31和vfd电动马达32生成的最大功率之和)；或混合气体涡轮在全电动模式下的操作，其中气体涡轮31关闭，并且vfd电动马达32为负载l提供30mw的(最大)功率。在这种情况下，断开装置33被断开。
[0099]
图10示出了混合气体涡轮3在发电模式下的操作，其中气体涡轮31能够生成例如(最大)30mw功率，该功率的一部分(例如由气体涡轮31生成的最大功率的50％，即15mw)被负载l吸收，并且所生成功率的剩余50％，总是15mw被vfd电动马达32吸收，并且因此被注入到vfd电动马达32所连接的电网(未示出)中。
[0100]
如可以理解的，在不同的操作模式下，对由气体涡轮31生成的或由vfd电动马达32吸收的和/或由负载l(泵、压缩机等)和vfd电动马达32吸收的功率进行适当调整是一个问题或合适的优化，这取决于上面简要列出的若干变量或数据组41、42和43。
[0101]
此外，基于上述算法的监测和控制方法是灵活的，因为它可以适应不同的布局。仅作为示例，参考状态变量x，状态变量“离合器反馈”将不在图5所示的混合气体涡轮系统3中使用，而在图8的混合气体涡轮系统3的布局中或设置有两个离合器的布局中使用。因此，通过对控制函数f
i(x，u，w)
的正确选择，通过设置权重参数αi的适当值，可以实现混合气体涡轮系统3的任何可能的布局。
[0102]
如上所述，除了图5、图6、图7、图8、图9和图10中所示的布局之外，可以预见其它布局。更具体地，其它实施方案可包括类似于图8所示的混合气体涡轮系统3，其中附加离合器插置在负载l与电动马达/发电机32之间。具体地，可能的布局将提供气体涡轮、电动马达/发电机32(第一离合器插置在气体涡轮与电动马达/发电机之间)、负载以及插置在电动马达/发电机32与负载l之间的第二离合器。
[0103]
本文公开的监测和控制方法5也可以通过查看图11的流程图来理解，其示出了以下步骤：
[0104]-接收51操作变量x，以用于检测气体涡轮31和电动马达/发电机32的操作状态；
[0105]-接收52控制变量u，以用于控制气体涡轮31和电动马达/发电机32的操作状态；
[0106]-接收53一组外部变量w；
[0107]-接收54一组优化变量y。优化变量y的值取决于操作变量x、控制变量u和外部变量w。此外，优化变量的值y必须调整以进行优化；
[0108]-通过对优化变量y的值进行优化来处理55操作变量x、控制变量u和外部变量w中的一者或多者；以及
[0109]-基于如通过优化变量y的优化获得的控制变量u来生成和发送56一个或多个控制信号以控制供应气体涡轮31的燃料和由电动马达/发电机32生成或转换的功率。
[0110]
这些步骤能够以任何合适的顺序或组合执行，除非本文另有明确说明。
[0111]
电动马达/发电机32可以连接到电网能量存储设备431、太阳能电池板发电设备432、风力发电设备433、水热发电设备434或火力发电设备435、或能够向其中注入任何过量能量的任何普通电网。
[0112]
此外，电网能量存储设备431、太阳能电池板发电设备432、风力发电设备433、水热发电设备434或火力发电设备435能够可操作地连接到控制逻辑单元2，可以从该控制逻辑单元收集数据，诸如外部变量w的一部分。
[0113]
参见图12，具体示出了控制逻辑单元2并且具体地为接收-发送模块25如何将由处理器21接收的控制信号发送(步骤57)到气体涡轮31的燃料控制器模块311，以及发送(步骤58)到电动马达/发电机32的电动马达/发电机控制器321。
[0114]
虽然已经依据各种特定实施方案描述了本发明，但本领域技术人员将明白，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，许多修改、变化和省略是可能的。此外，除非本文另外指明，否则任何过程或方法步骤的顺序或序列可根据另选的实施方案改变或重新排序。
[0115]
已详细参考本公开的实施方案，其一个或多个示例在附图中示出。通过解释本公开而非限制本公开来提供每个示例。事实上，对于本领域的技术人员将显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可对本公开进行各种修改和变型。本说明书通篇对“一个实施方案”或“实施方案”或“一些实施方案”的提及意指结合实施方案描述的特定特征、结构或特性包括在所公开的主题的至少一个实施方案中。因此，在整篇说明书的多处出现的短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”或“在一些实施方案中”不一定是指相同的实施方案。此外，在一个或多个实施方案中，特定特征、结构或特性可以任何合适的方式组合。
[0116]
当介绍各个实施方案的要素时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”旨在意指存在要素中的一个或多个要素。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在是包括性的，并且意指除列出要素外还可以存在附加要素。
[0117]
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和zanardo roma s.p.a。