DE102004058404B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Berechnen der mechanischen Turbinen-Ausgangsleistung, und diese(s)anwendende Vorrichtung und Verfahren zum Steuern einer Gasturbine - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Berechnen der mechanischen Turbinen-Ausgangsleistung, und diese(s)anwendende Vorrichtung und Verfahren zum Steuern einer Gasturbine Download PDF

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Abstract

Vorrichtung (22) zum Berechnen der mechanischen Ausgangsleistung einer Turbine (2) zum Drehantrieb eines Generators (5),
wobei die Vorrichtung (22) zum Berechnen der mechanischen Turbinen-Ausgangsleistung eingerichtet ist, die mechanische Ausgangsleistung der Turbine (2) aus der folgenden Gleichung zu berechnen:
Figure 00000002
wobei Pe eine Ausgangsleistung des Generators (5), gemessen von einem Generator-Ausgangsleistungs-Messmittel (12),
N eine Drehgeschwindigkeit der Turbine (2), gemessen von einem Turbinen-Drehgeschwindigkeits-Messmittel (11),
J ein Trägheitsmoment der Turbine (2),
g eine Schwerkraftbeschleunigung, und
dN/dt das erste Differenzial der Drehgeschwindigkeit nach der Zeit darstellt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Berechnen der mechanischen Ausgangsleistung einer Turbine, die einen Generator im Drehantrieb antreibt, und auf eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum Steuern einer Gasturbine, die bzw. das die Vorrichtung bzw. das Verfahren zum Berechnen der mechanischen Turbinen-Ausgangsleistung verwendet.
  • Beim Steuern einer Brennkammer mit niedrigem NOx in einer Gasturbine ist es nötig, das Verhältnis zwischen den Mengen an Brennstoff und Verbrennungsluft, die der Brennkammer zugeführt werden, d.h. das Brennstoff-Luft-Verhältnis, auf einem Wert in einem vorbestimmten Bereich zu halten. Für diesen Zweck muss die Brennstoffmenge genau und prompt erfasst werden.
  • Bei der Steuerung bzw. Regelung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses der Gasturbine durch eine Gasturbinen-Steuer- bzw. Regelungsvorrichtung ist die mechanische Ausgangsleistung der Gasturbine als Anzeiger der Brennstoffmenge genommen worden. Um die mechanische Ausgangsleistung der Gasturbine zu messen, ist die Generator-Ausgangsleistung (effektive Generatorleistung) verwendet worden. D.h., basierend auf der Beziehung der unten dargestellten Gleichung wird die Generator-Ausgangsleistung als ein die Brennstoffmenge darstellendes Signal verwendet. Der Grund für die Verwendung der Generator-Ausgangsleistung ist der, dass im Vergleich zu einem Strömungsmesser zum Messen der Brennstoffmenge ein Leistungswandler (Leistungsmesser der effektiven Generatorleistung) zum Messen der Ausgangsleistung eines Generators durch hohe Präzision, genaue Geschwindigkeitserfassung und hohe Zuverläs sigkeit gekennzeichnet ist (ein Multiplexbetrieb ist ebenfalls einfach):
    Brennstoffmenge = Menge an in die Gasturbine eingespeister Energie = mechanische Gasturbinen-Ausgangsleistung = Generatorleistung
  • Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 07-111148 B2 offenbart ein Beispiel eines Beschleunigungssteuer- bzw. Regelungsverfahrens für eine zweiwellige Gasturbine mittels eines Gasturbinen-Drehgeschwindigkeitssignals. Wenn ein Leistungsmesser der effektiven Generatorleistung zum Messen der mechanischen Gasturbinen-Ausgangsleistung nach obiger Beschreibung verwendet wird, wird die gesamte mechanische Gasturbinen-Ausgangsleistung in eine Generatorleistung in einem gewöhnlichen, stabilen Betriebszustand umgewandelt, bei dem die Gasturbine sich mit konstanter Drehgeschwindigkeit dreht. Somit gilt die folgende Beziehung und es stellt sich kein Problem:
    Mechanische Gasturbinen-Ausgangsleistung = Generatorleistung (effektive Generatorleistung)
  • Allgemein jedoch kann auch dann, wenn die der Brennkammer zugeführte Brennstoffmenge annähernd konstant ist und der Generator mit konstanter Leistung betrieben wird, ein Fall auftreten, bei dem es zu einer Störung in einem elektrischen Energiesystem kommt, mit dem der Generator verbunden ist (z.B. beim Schalten eines Energie-Übertragungssystems). In diesem Fall treten Stromfluktuationen in dem elektrischen Energiesystem auf und bewirken Änderungen in der effektiven Leistung, der reaktiven Leistung und dem Leistungsfaktor. D.h. bei einer Störung in dem elektrischen Energiesystem oder dergleichen verfällt das elektrische Energiesystem in einen Zustand, bei dem es elektrische Energie nicht stabil aufnehmen kann, mit dem Ergebnis, dass die Beziehung der obigen Gleichung vorübergehend beeinträchtigt wird. In einem solchen Zustand wird nicht die gesamte mechanische Gasturbinen-Ausgangsleistung in die Generator-Ausgangsleistung umgewandelt, und derjenige Teil der mechanischen Gasturbinen-Ausgangsleistung, der nicht in die Generator-Ausgangsleistung umgewandelt wird, wird in die Drehenergie der Gasturbine umgewandelt. Infolgedessen ändert sich die Drehgeschwindigkeit der Gasturbine. In einer solchen Übergangsperiode weicht daher die Brennstoff-Luftverhältnis-Steuerung vom Optimalzustand ab und stellt Probleme wie das Auftreten von Verbrennungsvibrationen in der Brennkammer. Das Auftreten von Verbrennungsvibrationen wird zur Ursache einer Fehlzündung in der Brennkammer oder einer Beschädigung derselben.
  • Die Erfindung ist angesichts der obigen Umstände getätigt worden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Berechnen der mechanischen Ausgangsleistung einer Turbine bereitzustellen, die bzw. das eine mechanische Gasturbinen-Ausgangsleistung genauer bestimmen kann. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern- bzw. Regeln einer Gasturbine bereitzustellen, welche(s) den Betrieb der Gasturbine selbst in einem Übergangszustand, in dem wegen einer Störung in einem elektrischen Energiesystem oder dergleichen eine Generator-Ausgangsleistung fluktuiert, gewährleistet.
  • Zur Lösung der oben genannten Aufgabe bringt die Erfindung eine Vorrichtung zum Berechnen der mechanischen Ausgangsleistung einer Turbine gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Berechnen der mechanischen Ausgangsleistung einer Turbine gemäß Anspruch 3 in Vorschlag.
  • Ferner bringt die Erfindung eine diese Vorrichtung anwendende Gasturbinen-Steuer- bzw. -Regelungsvorrichtung gemäß Anspruch 2 und ein dieses Verfahren anwendende Gasturbinen-Steuer- bzw. -Regelungsverfahren gemäß Anspruch 4 in Vorschlag.
  • Gemäß der Vorrichtung zum Berechnen der mechanischen Ausgangsleistung einer Turbine nach dem ersten Aspekt der Erfindung wird nicht nur die Generator-Ausgangsleistung verwen det, sondern es wird auch die Berechnung der obigen Gleichung durchgeführt; d.h. es werden Korrekturen basierend auf Fluktuationen in der Turbinen-Drehgeschwindigkeit vorgenommen. Unter diesen Bedingungen wird die mechanische Turbinen-Ausgangsleistung bestimmt. Somit kann selbst in dem Übergangszustand, bei dem die Generator-Ausgangsleistung infolge einer Störung in dem elektrischen Energiesystem oder dergleichen fluktuiert, woraufhin die Gasturbinen-Drehgeschwindigkeit variiert, die mechanische Turbinen-Ausgangsleistung genauer erhalten werden.
  • Gemäß der/dem Gasturbinen-Steuer- bzw. Regelungsvorrichtung bzw. -verfahren nach der Erfindung kann auch in dem Übergangszustand, in dem die effektive Generatorleistung, gemessen durch einen elektrischen Energiewandler, infolge einer Störung in dem elektrischen Energiesystem oder dergleichen fluktuiert, woraufhin die Gasturbinen-Drehgeschwindigkeit variiert, die Menge an Verbrennungsluft, basierend auf der von der Berechnungsvorrichtung der mechanischen Turbinen-Ausgangsleistung zum Berechnen der mechanischen Ausgangsleistung einer Turbine bestimmten mechanischen Gasturbinen-Ausgangsleistung, gesteuert bzw. geregelt werden. Infolgedessen kann das Brennstoff-Luft-Verhältnis der Brennkammer in einem geeigneten Bereich gehalten werden. Daher kann das Auftreten von Verbrennungsvibrationen etc. in der Brennkammer gemindert werden und eine Verbrennung wird stabil, so dass die Betriebsleistung der Gasturbine verbessert werden kann und eine Verkürzung ihrer Lebensdauer eingeschränkt werden kann.
  • Die Erfindung ist aus der nachstehend gegebenen detaillierten Beschreibung und der beigefügten Zeichnung, die lediglich der Veranschaulichung dienen und somit die Erfindung nicht einschränken, besser verständlich. Es zeigt:
  • 1 ein Blockdiagramm zur Darstellung der Konfiguration einer Gasturbinen-Steuer- bzw. Regelungsvorrichtung, die mit einer Berechnungsvorrichtung der mechanischen Turbinen-Ausgangsleistung zum Berechnen der mechanischen Ausgangsleistung einer Turbine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist.
  • Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, schränkt jedoch die Erfindung keineswegs ein.
  • Wie in 1 gezeigt ist, weist ein Gasturbinensystem 1 eine Gasturbine 2, eine Brennkammer 3, einen Kompressor 4, einen Generator 5 und eine Gasturbinen-Steuer- bzw. Regelungsvorrichtung 20 zum Steuern bzw. Regeln dieser Elemente auf.
  • Die Brennkammer 3 ist stromauf der Gasturbine 2 angeordnet und ist zwischen die Gasturbine 2 und den Kompressor 4 eingefügt. Eine Drehwelle der Gasturbine 2, eine Drehwelle 4 des Kompressors sowie eine Drehwelle 10 des Generators 5 sind so miteinander verbunden, dass der Kompressor 4 und der Generator 5 durch die Gasturbine 2 drehangetrieben werden können.
  • Ein Brennstoff-Steuerventil 6 ist mit der Brennkammer 3 verbunden, und die Einstellung des Öffnungsgrads des Brenn stoff-Steuerventils 6 ergibt die Einstellung bzw. Anpassung der von der Brennstoff-Zuführeinrichtung (nicht dargestellt) der Brennkammer 3 zugeführten Brennstoffmenge. Der Kompressor 4 ist mit einem Einlassführungsflügel (variabler Flügel) 7 ausgestattet, und die Menge an angesaugter Luft für den Kompressor 4 wird durch die Einstellung des Öffnungsgrads des Einlassführungsflügels 7 eingestellt, wodurch die von dem Kompressor 4 der Brennkammer 3 zugeführte Druckluftmenge eingestellt bzw. angepasst werden kann. Ein Brennkammer-Bypassventil 9 ist an einer Brennkammer-Bypassleitung 8 vorgesehen, die von der stromaufwärtigen Seite (Kompressorseite) zur stromabwärtigen Seite (Gasturbinenseite) der Brennkammer 3 führt, und die von dem Kompressor 4 der Brennkammer 3 zugeführte Druckluftmenge kann auch durch Einstellen des Öffnungsgrads des Brennkammer-Bypassventils 9 eingestellt bzw. angepasst werden.
  • In der Brennkammer 3 wird von der Brennstoff-Zuführeinrichtung zugeführter Brennstoff mit von dem Kompressor 4 zugeführter Druckluft gemischt und wird verbrannt, um ein Verbrennungsgas zu erzeugen, das die Gasturbine 2 dreht. Infolgedessen wird der Kompressor 4 im Drehantrieb durch die Gasturbine 2 angetrieben, um Druckluft zu erzeugen, während der Generator 5 im Drehantrieb durch die Gasturbine 2 angetrieben wird, um Elektrizität zu erzeugen. Die elektrische Energie der entstehenden Elektrizität wird dem elektrischen Energiesystem (nicht dargestellt) geliefert, mit dem der Generator verbunden ist.
  • Die Drehgeschwindigkeit der Gasturbine 2 wird durch ein Gasturbinen-Tachometer 11 als Turbinen-Drehgeschwindigkeits-Messmittel gemessen. Die Ausgangsleistung des Generators 5 (d.h. die effektive Generatorleistung) wird durch einen Leistungsmesser 12 der effektiven Generatorleistung als Generator-Ausgangsleistungs-Messmittel gemessen.
  • Die Gasturbinen-Steuer- bzw. Regelungsvorrichtung 20 hat einen Brennstoffmengen-Controller 23 als Brennstoffmengen-Steuer- bzw. Regelungsmittel und eine Verbrennungsluftmengen-Steuereinheit 21. Die Verbrennungsluftmengen-Steuereinheit 21 ist mit einer Vorrichtung 22 zum Berechnen der mechanischen Ausgangsleistung sowie mit einem Verbrennungsluftmengen-Controller 26 als Verbrennungsluftmengen-Steuer- bzw. Regelungsmittel versehen. Jede der Vorrichtungen, welche die Gasturbinen-Steuer- bzw. -Regelungsvorrichtung 20 bilden, kann aus Computersoftware oder -hardware gebildet sein.
  • In dem Brennstoffmengen-Controller 23 wird die der Brennkammer 3 zugeführte Brennstoffmenge basierend auf einem eingestellten Lastwert, welcher der Zielwert der Generator-Ausgangsleistung (der effektiven Generatorleistung) ist, sowie auch auf der von dem Leistungsmesser 12 der effektiven Generatorleistung gemessenen Generatorleistung (effektive Generatorleistung) gesteuert bzw. geregelt.
  • Im einzelnen hat der Brennstoffmengen-Controller 23 eine Schwankungsberechnungsvorrichtung 24 und einen Last-Controller 25. In der Schwankungsberechnungsvorrichtung 24 wird eine Schwankung zwischen dem eingestellten Lastwert und der von dem Leistungsmesser 12 der effektiven Generatorleistung gemessenen Generator-Ausgangsleistung (effektive Generatorleistung) durch Berechnung bestimmt. Der Last-Controller 25 führt beispielsweise eine PID-Steuerung bzw. -Regelung aus, um ein Brennstoffmengen-Steuer- bzw. Regelungssignal, welches der von der Schwankungsberechnungsvorrichtung 24 bestimmten Schwankung entspricht, an das Brennstoff-Steuerventil 6 auszugeben. Basierend auf diesem Brennstoffmengen-Steuersignal wird der Öffnungsgrad des Brennstoff-Steuerventils 6 gesteuert, um die von der Brennstoff-Zuführeinrichtung der Brennkammer 3 zugeführte Brennstoffmenge zu steuern bzw. zu regeln. Somit wird die der Brennkammer 3 zugeführte Brennstoffmenge zu einer dem eingestellten Lastwert entsprechenden Menge und die Generator-Ausgangsleistung kommt dem eingestellten Lastwert gleich.
  • Bei der Vorrichtung 22 zum Berechnen der mechanischen Ausgangsleistung wird die mechanische Ausgangsleistung P der Gasturbine 2 aus der folgenden Gleichung (1), basierend auf der von dem Leistungsmesser 12 der effektiven Generatorleistung gemessenen Generator-Ausgangsleistung (effektive Gene ratorleistung) Pe, der von dem Gasturbinen-Tachometer 11 gemessenen Gasturbinen-Drehgeschwindigkeit N, dem Trägheitsmoment J der Gasturbine 2 und der Schwerkraftbeschleunigung g berechnet:
    Figure 00080001
  • Die Gleichung (1) basiert auf der Bewegungsgleichung eines Rotors. D.h. die unten angegebene Gleichung (2), welche die Bewegungsgleichung eines Rotors ist, ergibt die unten angegebene Gleichung (3), die eine Gleichung der mechanischen Gasturbinen-Ausgangsleistung P ist. Die Winkelgeschwindigkeit ω der Gasturbine 2 in der Gleichung (3) ist durch die unten angegebene Gleichung (4) gegeben. Somit ergibt eine Substitution der Gleichung (4) in die Gleichung (3) die vorher erwähnte Gleichung (1).
    Figure 00080002
  • J:
    Trägheitsmoment der Turbine [kg·m2]
    ω:
    Winkelgeschwindigkeit der Turbine [rad/sec]
    P:
    mechanische Turbinen-Ausgangsleistung [W]
    Pe:
    effektive Generatorleistung [W]
    N:
    Turbinen-Drehgeschwindigkeit [U/min]
    g:
    Schwerkraftbeschleunigung [m/sec2]
  • Die Erfindung wird im folgenden konkret auf der Basis der 1 beschrieben. Die Vorrichtung 22 zum Berechnen der mechanischen Ausgangsleistung hat eine Drehgeschwindigkeits korrektur-Berechnungsvorrichtung 27 sowie eine Addiervorrichtung 28. In der Drehgeschwindigkeitskorrektur-Berechnungsvorrichtung 27 wird eine Berechnung des unten angegebenen Ausdrucks (5) durchgeführt. Der Ausdruck (5) ist ein Ausdruck, der dem zweiten Term auf der rechten Seite der Gleichung (1) entspricht, und K im Ausdruck (5) ist eine Konstante, die durch die nachstehend angegebene Gleichung (6) gegeben ist. In der Addiervorrichtung 28 werden die Ergebnisse der Berechnung des Ausdrucks (5) in der Drehgeschwindigkeitskorrektur-Berechnungsvorrichtung 27 und die Generator-Ausgangsleistung (effektive Generatorleistung) Pe, gemessen von dem Leistungsmesser 12 der effektiven Generatorleistung, zusammengezählt (d.h. es wird die Berechnung der Gleichung (1) durchgeführt), um die mechanische Gasturbinen-Ausgangsleistung P zu ermitteln, die an den Verbrennungsluftmengen-Controller 26 ausgegeben wird.
  • Figure 00090001
  • Der Verbrennungsluftmengen-Controller 26 steuert bzw. regelt die Menge an Verbrennungsluft, die der Brennkammer 3 zugeführt wird, basierend auf der von der Vorrichtung 22 zum Berechnen der mechanischen Ausgangsleistung berechneten mechanischen Gasturbinen-Ausgangsleistung.
  • Im einzelnen hat der Verbrennungsluftmengen-Controller 26 eine erste Ventilöffnungsgrad-Tabelle 29 und eine zweite Ventilöffnungsgrad-Tabelle 30. Die erste Ventilöffnungsgrad-Tabelle 29 ist eine Tabelle, welche die Beziehung zwischen der mechanischen Gasturbinen-Ausgangsleistung P (die Abszisse in der Zeichnung) und dem Öffnungsgrad des Einlassführungsflügel 7 (die Ordinate in der Zeichnung) zeigt. Die erste Tabelle wurde im Voraus durch Berechnungen und Tests erstellt. Die zweite Ventilöffnungsgrad-Tabelle 30 ist eine Tabelle, welche die Beziehung zwischen der mechanischen Gasturbinen-Ausgangsleistung P (die Abszisse in der Zeichnung) und dem Öffnungsgrad des Brennkammer-Bypassventils 9 (die Ordinate in der Zeichnung) zeigt. Diese Tabelle wurde im Voraus durch Berechnungen und Tests erstellt. Hierbei dient die mechanische Gasturbinen-Ausgangsleistung P als Anzeiger der der Brennkammer 3 zugeführten Brennstoffmenge. Somit fungiert die erste Ventilöffnungsgrad-Tabelle 29 als Tabelle, welche die Beziehung zwischen der Brennstoffmenge und dem Öffnungsgrad des Einlassführungsflügels (d.h. die Verbrennungsluftmenge) zeigt, während die zweite Ventilöffnungsgrad-Tabelle 30 als Tabelle fungiert, welche die Beziehung zwischen der Brennstoffmenge und dem Öffnungsgrad des Brennkammer-Bypassventils (d.h. die Verbrennungsluftmenge) zeigt.
  • Folglich gibt die erste Ventilöffnungsgrad-Tabelle 29 ein Einlassführungsflügel-Öffnungsgradsignal aus, das auf die mechanische Gasturbinen-Ausgangsleistung P (die Brennstoffmenge) anspricht, und der Öffnungsgrad des Einlassführungsflügels 4 wird basierend auf dem Einlassführungsflügel-Öffnungsgradsignal eingestellt bzw. angepasst. Die zweite Ventilöffnungsgrad-Tabelle 30 gibt ein Öffnungsgradsignal des Brennkammer-Bypassventils aus, das auf die mechanische Gasturbinen-Ausgangsleistung P (die Brennstoffmenge) anspricht, und der Öffnungsgrad des Brennkammer-Bypassventils 9 wird basierend auf dem Brennkammer-Bypassventil-Öffnungsgradsignal eingestellt bzw. angepasst. Auf diese Weise wird die Menge an Verbrennungsluft (die Druckluftmenge), die der Brennkammer 3 zuzuführen ist, zu einer optimalen Menge für die der Brennkammer 3 zuzuführende Brennstoffmenge. Somit wird das Verhältnis der Brennstoffmenge zur Verbrennungsluftmenge (Brennstoff-Luft-Verhältnis) in einem vorbestimmten Bereich gehalten. In der dargestellten Ausführungsform wird, wenn die Last (mechanische Gasturbinen-Ausgangsleistung) hoch ist, die Verbrennungsluftmenge hauptsächlich durch Einstellen des Öffnungsgrads des Einlassführungsflügels 7 eingestellt. Wenn die Last (mechanische Gasturbinen-Ausgangsleistung) abgenommen hat, wird der Öffnungsgrad des Brennkammer-Bypassventils 9 ebenfalls so angepasst, dass die Menge an Verbrennungsluft angepasst wird.
  • Gemäß der Vorrichtung 22 zum Berechnen der mechanischen Ausgangsleistung der vorliegenden Ausführungsform nach obiger Beschreibung wird nicht nur die effektive Generatorleistung Pe benutzt, sondern die Berechnung der Gleichung (1) wird ebenfalls durchgeführt; d.h. es werden Korrekturen basierend auf Fluktuationen in der Drehgeschwindigkeit N der Gasturbine vorgenommen (siehe den vorher aufgeführten Ausdruck (5)). Unter diesen Bedingungen wird die mechanische Gasturbinen-Ausgangsleistung P bestimmt. Damit kann auch in dem Übergangszustand, in dem die effektive Generatorleistung infolge einer Störung in dem elektrischen Energiesystem oder dergleichen fluktuiert, woraufhin die Gasturbinen-Drehgeschwindigkeit N variiert, die mechanische Gasturbinen-Ausgangsleistung P genauer erhalten werden.
  • Die Gasturbinen-Steuer- bzw. -Regelungsvorrichtung 20 der vorliegenden Ausführungsform ist mit der oben beschriebenen Vorrichtung 22 zum Berechnen der mechanischen Ausgangsleistung, dem Brennstoffmengen-Controller 23 zum Steuern der der Brennkammer 3 zugeführten Brennstoffmenge, basierend auf dem eingestellten Lastwert und der Generatorleistung (effektive Generatorleistung) gemessen durch den Leistungsmesser 12 der effektiven Generatorleistung und dem Verbrennungsluftmengen-Controller 26 zum Steuern der der Brennkammer 3 zugeführten Verbrennungsluftmenge, basierend auf von der Berechnungsvorrichtung der mechanischen Turbinen-Ausgangsleistung 22 berechneten mechanischen Gasturbinen-Ausgangsleistung P zugeführt. Somit kann auch in dem Übergangszustand, in dem die von dem Leistungsmesser 12 der effektiven Generatorleistung gemessene effektive Generatorleistung infolge einer Störung in dem elektrischen Energiesystem oder dergleichen fluktuiert, woraufhin die Gasturbinen-Drehgeschwindigkeit N variiert, die Menge an Verbrennungsluft basierend auf der korrekten mechanischen Gasturbinen-Ausgangsleistung P, die von der Vorrichtung 22 zum Berechnen der mechanischen Ausgangsleistung bestimmt wird, gesteuert bzw. geregelt werden. Infolgedessen kann das Brennstoff-Luft-Verhältnis der Brennkammer 3 in einem geeigneten Bereich gehalten werden. Demzufolge kann das Auftreten von Verbrennungsvibrationen etc. in der Brennkammer 3 gemindert werden und die Verbrennung wird stabil, so dass die Betriebsleistung der Gasturbine 2 verbessert werden kann und eine Verkürzung ihrer Lebensdauer eingeschränkt werden kann.
  • Die Erfindung wurde zwar durch die vorangehende Ausführungsform beschrieben, es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht dadurch eingeschränkt ist, sondern auf viele andere Weisen variiert werden kann. Solche Variationen sind nicht als ein Abweichen vom Geist und Schutzumfang der Erfindung anzusehen, und alle Modifikationen, die einem Fachmann ersichtlich sind, sollen in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche aufgenommen werden.

Claims (4)

  1. Vorrichtung (22) zum Berechnen der mechanischen Ausgangsleistung einer Turbine (2) zum Drehantrieb eines Generators (5), wobei die Vorrichtung (22) zum Berechnen der mechanischen Turbinen-Ausgangsleistung eingerichtet ist, die mechanische Ausgangsleistung der Turbine (2) aus der folgenden Gleichung zu berechnen:
    Figure 00130001
    wobei Pe eine Ausgangsleistung des Generators (5), gemessen von einem Generator-Ausgangsleistungs-Messmittel (12), N eine Drehgeschwindigkeit der Turbine (2), gemessen von einem Turbinen-Drehgeschwindigkeits-Messmittel (11), J ein Trägheitsmoment der Turbine (2), g eine Schwerkraftbeschleunigung, und dN/dt das erste Differenzial der Drehgeschwindigkeit nach der Zeit darstellt.
  2. Gasturbinen-Steuer- bzw. -Regelungsvorrichtung (20), mit: einer Vorrichtung (22) zum Berechnen einer mechanischen Turbinen-Ausgangsleistung nach Anspruch 1, einem Brennstoffmengen-Steuer- bzw. -Regelungsmittel (23) zum Steuern bzw. Regeln einer Brennstoffmenge, die einer Brennkammer (3) zugeführt wird, basierend auf einem eingestellten Lastwert und der von dem Generator-Ausgangsleistungs-Messmittel (12) gemessenen Generator-Ausgangsleistung, und einem Verbrennungsluftmengen-Steuer- bzw. -Regelungsmittel (26) zum Steuern bzw. Regeln einer der Brennkammer (3) zugeführten Verbrennungsluftmenge, basierend auf einer von der Vorrichtung (22) zum Berechnen einer mechanischen Turbinen-Ausgangsleistung berechneten mechanischen Gasturbinen-Ausgangsleistung.
  3. Verfahren zum Berechnen der mechanischen Ausgangsleistung einer Turbine (2) zum Drehantrieb eines Generators (5), wobei nach dem Verfahren die mechanische Ausgangsleistung der Turbine (2) aus der folgenden Gleichung berechnet wird:
    Figure 00140001
    wobei Pe eine Ausgangsleistung des Generators (5), gemessen von einem Ausgangsleistungs-Messmittel (12), N eine Drehgeschwindigkeit der Turbine (2), gemessen von einem Turbinen-Drehgeschwindigkeits-Messmittel (11), J ein Trägheitsmoment der Turbine (2), g eine Schwerkraftbeschleunigung, und dN/dt das erste Differenzial der Drehgeschwindigkeit nach der Zeit darstellt.
  4. Verfahren zum Steuern- bzw. -Regeln einer Gasturbine mit den Schritten: Berechnen einer mechanischen Turbinen-Ausgangsleistung nach dem Verfahren gemäß Anspruch 3, Steuern bzw. Regeln einer Brennstoffmenge, die einer Brennkammer (3) zugeführt wird, basierend auf einem eingestellten Lastwert und einer gemessenen Generator-Ausgangsleistung, und Steuern bzw. Regeln einer der Brennkammer (3) zugeführten Verbrennungsluftmenge, basierend auf der berechneten mechanischen Gasturbinen-Ausgangsleistung.
DE102004058404A 2003-12-11 2004-12-03 Vorrichtung und Verfahren zum Berechnen der mechanischen Turbinen-Ausgangsleistung, und diese(s)anwendende Vorrichtung und Verfahren zum Steuern einer Gasturbine Active DE102004058404B4 (de)

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JPP2003-412870 2003-12-11
JP2003412870A JP4326317B2 (ja) 2003-12-11 2003-12-11 ガスタービン制御装置

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DE102004058404A1 DE102004058404A1 (de) 2005-07-14
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2038517B8 (de) * 2006-07-06 2016-09-14 General Electric Technology GmbH Verfahren zum betrieb einer gasturbine sowie gasturbine zur durchführung des verfahrens
US7615881B2 (en) * 2006-12-20 2009-11-10 Hamilton Sundstrand Corporation Power turbine speed control using electrical load following
US7840332B2 (en) * 2007-02-28 2010-11-23 General Electric Company Systems and methods for steam turbine remote monitoring, diagnosis and benchmarking
JP4796015B2 (ja) * 2007-07-10 2011-10-19 三菱重工業株式会社 ガスタービンの運転制御装置および運転制御方法
US8437941B2 (en) 2009-05-08 2013-05-07 Gas Turbine Efficiency Sweden Ab Automated tuning of gas turbine combustion systems
US9354618B2 (en) 2009-05-08 2016-05-31 Gas Turbine Efficiency Sweden Ab Automated tuning of multiple fuel gas turbine combustion systems
US9671797B2 (en) 2009-05-08 2017-06-06 Gas Turbine Efficiency Sweden Ab Optimization of gas turbine combustion systems low load performance on simple cycle and heat recovery steam generator applications
US9267443B2 (en) 2009-05-08 2016-02-23 Gas Turbine Efficiency Sweden Ab Automated tuning of gas turbine combustion systems
US8378676B2 (en) * 2009-06-05 2013-02-19 Nuovo Pignone S.P.A. System and method for detecting corrosion pitting in gas turbines
EP2292910B1 (de) * 2009-07-21 2016-02-10 Alstom Technology Ltd Verfahren zum Steuern von Gasturbinen
US9002615B2 (en) * 2012-01-18 2015-04-07 General Electric Company Methods and systems for managing power of an engine
CN104919161B (zh) * 2012-11-07 2017-03-22 三菱日立电力***株式会社 燃气轮机发电设备及其控制方法
US20150033750A1 (en) * 2013-07-31 2015-02-05 General Electric Company Gas turbine system control adjustment for gas turbine shaft speed change
EP2907990A1 (de) * 2014-02-18 2015-08-19 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Gasturbinenanlage und dieselbe
JP6368799B2 (ja) * 2014-12-18 2018-08-01 株式会社日立製作所 ガスタービン発電システム
JP6364363B2 (ja) * 2015-02-23 2018-07-25 三菱日立パワーシステムズ株式会社 2軸式ガスタービン及びその制御装置と制御方法
EP3225812B1 (de) * 2016-03-29 2019-02-27 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Zweiwellen-gasturbine und steuerungsverfahren des öffnungsgrads der eintrittsleitschaufel für die gasturbine
KR101971337B1 (ko) * 2017-04-24 2019-04-22 두산중공업 주식회사 가스터빈 시스템 및 제어 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4101878A1 (de) * 1991-01-23 1992-07-30 Basf Ag Vorrichtung zur abgabe von pheromonen
WO2003006217A1 (es) * 2001-07-09 2003-01-23 Vicente Gomez Laguna Maquinilla de afeitar con gel o espuma
US20040200207A1 (en) * 2002-01-21 2004-10-14 Mckelvey Terence Gas turbine apparatus

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4994684A (en) * 1989-01-30 1991-02-19 The State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University Doubly fed generator variable speed generation control system
JP3039947B2 (ja) 1990-03-19 2000-05-08 株式会社日立製作所 ガスタービンの燃料制御装置
JPH07111148A (ja) 1993-10-13 1995-04-25 Hitachi Maxell Ltd 筒形アルカリ電池
US6600240B2 (en) * 1997-08-08 2003-07-29 General Electric Company Variable speed wind turbine generator
US6606864B2 (en) * 2001-02-13 2003-08-19 Robin Mackay Advanced multi pressure mode gas turbine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4101878A1 (de) * 1991-01-23 1992-07-30 Basf Ag Vorrichtung zur abgabe von pheromonen
WO2003006217A1 (es) * 2001-07-09 2003-01-23 Vicente Gomez Laguna Maquinilla de afeitar con gel o espuma
US20040200207A1 (en) * 2002-01-21 2004-10-14 Mckelvey Terence Gas turbine apparatus

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