KR102165881B1 - Apparatus for detecting combustor instability and method thereof) - Google Patents

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KR102165881B1
KR102165881B1 KR1020190057645A KR20190057645A KR102165881B1 KR 102165881 B1 KR102165881 B1 KR 102165881B1 KR 1020190057645 A KR1020190057645 A KR 1020190057645A KR 20190057645 A KR20190057645 A KR 20190057645A KR 102165881 B1 KR102165881 B1 KR 102165881B1
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이민철
최종운
김남근
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인천대학교 산학협력단
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Abstract

According to the present invention, disclosed are a gas turbine combustion instability diagnosis system capable of realizing technology that can minimize the load of a gas turbine by determining whether combustion instability occurs according to a reference value and notifying the combustion instability when the same occurs, and a gas turbine combustion instability diagnosis method using the same.

Description

가스터빈 연소불안정 진단 시스템 및 이를 이용한 가스터빈 연소불안정 진단 방법{Apparatus for detecting combustor instability and method thereof)} Gas turbine combustion instability diagnosis system and gas turbine combustion instability diagnosis method using the same TECHNICAL FIELD [Apparatus for detecting combustor instability and method thereof]

본 발명은, 가스터빈 연소 시, 연소 불안정을 진단하는 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 보다 구체적으로는 연소기 내부에서 측정된 연소 동압을 바탕으로 연소 불안정 판별 기준값을 제시하여 실시간으로 연소 상태를 확인하고 가스 터빈 연소의 불안정 여부를 빠르고 정확하게 진단할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a technology for diagnosing combustion instability during combustion of a gas turbine, and more specifically, to check the combustion state in real time by presenting a reference value for determining combustion instability based on the combustion dynamic pressure measured inside the combustor. And it relates to a technology that enables quick and accurate diagnosis of instability of gas turbine combustion.

일반적으로, 압축기와 연소기와 터빈과 발전기로 구성되고 압축기로 고압이 된 공기와 열교환기로 고온이 된 연료가스를 연소기로 보내 연소시키고 그 연소 가스에 의해 터빈을 구동한다. In general, it is composed of a compressor, a combustor, a turbine and a generator, and the high-pressure air by the compressor and the fuel gas that has become hot through a heat exchanger are sent to the combustor for combustion, and the turbine is driven by the combustion gas.

이러한 가스터빈은 연소기에서의 연소 온도가 1500℃정도까지 상승하고 내부에서 불안정 연소에 의한 압력 변동이나 화염 위치 변동이 발생해 국부적인 응력 집중이나 열사이클 변동이 발생해, 균열이 발생해 버리는 일이 있다. 연소기에 균열이나 파손이 발생하면, 연소기로 도입되는 공기량이 계획에서 벗어나 연소 이상이 발생하고 발전 효율이 저하하거나 경우에 따라서는 파손편이 터빈에 들어가고 날개를 손상되는 문제가 있다. 따라서 조기에 균열이라든지 다양한 이상을 검출하고자 한다. In such a gas turbine, the combustion temperature in the combustor rises to about 1500°C, and pressure fluctuations or flame position fluctuations due to unstable combustion occur inside, resulting in local stress concentration and thermal cycle fluctuations, causing cracks. have. When cracks or breakages occur in the combustor, there is a problem in that the amount of air introduced into the combustor is out of the plan, and combustion abnormality occurs and power generation efficiency decreases, or in some cases, the damaged piece enters the turbine and damages the blade. Therefore, it is intended to detect cracks and various abnormalities early.

이러한 가스터빈 등의 플랜트의 이상 감시에 대해서는 예를 들면 배기실에 온도 검출기를 설치하고, 설치된 온도 검출기에 의해 얻어진 배기가스 흐름에 직교하는 평면 내의 온도 분포에서 단면 배기 온도 분포의 패턴 특징을 구하여 이상 원인 판정을 하는 가스터빈 연소 감시 장치가 제안되어 있다.For monitoring abnormalities in plants such as gas turbines, for example, a temperature detector is installed in the exhaust chamber, and the pattern characteristics of the exhaust temperature distribution in the cross-section are obtained from the temperature distribution in the plane orthogonal to the exhaust gas flow obtained by the installed temperature detector. A gas turbine combustion monitoring device for determining the cause has been proposed.

또한, 연소기에 표면 온도 분포를 검출하는 온도 검출기를 설치하고 이 온도 검출기에 의해 얻어진 표면 온도 분포에 기반하여 연소기의 이상 원인 판정을 하는 가스터빈 연소기 감시 장치가 제안될 수 있다. In addition, a gas turbine combustor monitoring apparatus may be proposed that provides a temperature detector for detecting a surface temperature distribution in the combustor and determines the cause of an abnormality in the combustor based on the surface temperature distribution obtained by the temperature detector.

더불어, 가스터빈의 성능 열화나 고장 발생을 정밀하게 검출하기 때문에, 가스터빈 각부의 운전 데이터를 검출하고, 그 검출된 운전 데이터를 표준화해 소정 시간에 걸쳐 샘플링한 후, 그 샘플링된 데이터를 이동평균 처리하여 그 데이터에 기반하여 가스터빈의 운전 상태를 진단하도록 한 가스터빈의 운전 상태 진단 장치 기술이 제시될 수 있다. In addition, since it accurately detects the occurrence of gas turbine performance degradation or failure, operation data of each part of the gas turbine is detected, the detected operation data is standardized and sampled over a predetermined period of time, and then the sampled data is calculated as a moving average. An apparatus technology for diagnosing the operating state of a gas turbine that is processed to diagnose the operating state of the gas turbine based on the data may be presented.

그러나 이러한 기술은, 배기실이나 연소기에 마련한 온도 검출기에 의해 얻어진 온도 분포에서 온도 분포 패턴의 특징을 구하고 있기 때문에, 하나의 연소기에 다수의 온도 검출기가 필요하다는 문제점이 있었다. However, this technique has a problem in that a plurality of temperature detectors are required in one combustor, since the characteristics of the temperature distribution pattern are obtained from the temperature distribution obtained by the temperature detector provided in the exhaust chamber or the combustor.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 연소기 내부에서 실시간으로 측정되는 연소 동압을 통해 측정된 연소 불안정 판별 인자를 이용하여 가스터빈의 불안정 연소에 의한 압력 변동, 화염 위치 변동으로 인한 국부적인 응력집중, 열사이클 변동에 따른 균열 등을 미연에 감지할 수 있는 가스터빈 연소불안정 진단 시스템 및 이를 이용한 가스터빈 연소불안정 진단 방법을 제공하는 것이다. The problem to be solved in the present invention is that by using the combustion instability determination factor measured through the combustion dynamic pressure measured in real time inside the combustor, pressure fluctuation due to unstable combustion of the gas turbine, local stress concentration due to flame position fluctuation, heat To provide a gas turbine combustion instability diagnosis system capable of detecting cracks according to cycle fluctuations in advance and a gas turbine combustion instability diagnosis method using the same.

또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 가스터빈 연소 동압의 불안정 판별 기준값을 통해 실시간으로 연소 상태를 확인할 수 있으며, 보다 정확하게 가스터빈의 연소불안정 발생 여부를 판단함과 동시에 이를 알려 그에 상응하는 조치를 신속하게 취할 수 있도록 하는 가스터빈 연소불안정 진단 시스템 및 이를 이용한 가스터빈 연소불안정 진단 방법을 제공하는 것이다. In addition, the problem to be solved in the present invention is that it is possible to check the combustion state in real time through the reference value for determining the instability of the combustion dynamic pressure of the gas turbine, and to more accurately determine whether the combustion instability of the gas turbine has occurred and at the same time notify it and take corresponding measures. It is to provide a gas turbine combustion instability diagnosis system and a gas turbine combustion instability diagnosis method using the same.

본 발명의 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 시스템은, 연소부 내부에 장착되어 상기 연소부 내부의 연소 동압을 측정하는 동압 센서를 포함하는 연소부, 상기 동압센서에서 연소동압신호를 신호처리하고, 상기 연소부의 연소 불안정 여부를 판별하기 위해 연소불안정 판별값을 계산하기 위한 동압신호의 시간 주기를 결정하는 민감도 분석을 시행하고, 상기 민감도를 기초로 상기 연소불안정 판별값을 계산하는 진단부 및 상기 진단부의 판정에 따라 상기 연소부의 운전을 제어하는 연소제어부를 포함할 수 있다. A gas turbine combustion instability diagnosis system according to an embodiment of the present invention includes a combustion unit including a dynamic pressure sensor mounted inside the combustion unit to measure the combustion dynamic pressure inside the combustion unit, and signal processing a combustion dynamic pressure signal from the dynamic pressure sensor. , In order to determine whether the combustion instability of the combustion unit is instability, a sensitivity analysis is performed to determine the time period of the dynamic pressure signal for calculating the combustion instability determination value, and a diagnostic unit that calculates the combustion instability determination value based on the sensitivity, and the It may include a combustion control unit for controlling the operation of the combustion unit according to the determination of the diagnosis unit.

구체적으로 상기 진단부는, 상기 연소 불안정 판별값을

Figure 112019050313297-pat00001
(여기서,
Figure 112019050313297-pat00002
)에 의하여 결정할 수 있다. Specifically, the diagnostic unit, the combustion instability determination value
Figure 112019050313297-pat00001
(here,
Figure 112019050313297-pat00002
) Can be determined.

구체적으로 진단부는, 에너지의 엔트로피(EoE_Entropy of Energy(X))를

Figure 112019050313297-pat00003
(여기서,
Figure 112019050313297-pat00004
이며, 확률변수 X의 값에 대해, I(x)는 정보량이며, P(x)는 상기 동압 신호 에너지의 확률값임)에 의해 연소불안정 판별값을 계산할 수 있다.Specifically, the diagnostic unit determines the entropy of energy (EoE_Entropy of Energy(X)).
Figure 112019050313297-pat00003
(here,
Figure 112019050313297-pat00004
And, for the value of the random variable X, I(x) is the amount of information, and P(x) is the probability value of the dynamic pressure signal energy) to calculate the combustion instability determination value.

구체적으로 진단부는, 단위 프레임 내에서 신호의 크기가 자주 변화하는지에 대한 상기 동압신호의 확률

Figure 112019050313297-pat00005
(여기서, xi는 특정 프레임에서 i번째 신호이며, n은 특정 프레임 내의 신호의 수임)에 의해 연소불안정 기준값을 계산할 수 있다. Specifically, the diagnostic unit is the probability of the dynamic pressure signal as to whether the signal size changes frequently within a unit frame.
Figure 112019050313297-pat00005
(Here, xi is the i-th signal in a specific frame, and n is the number of signals in the specific frame) to calculate the combustion instability reference value.

구체적으로 진단부는 상기 민감도를 통해 상기 연소불안정 기준값을 평균화한 연소불안정 판별기준값을 계산할 수 있다. Specifically, the diagnostic unit may calculate a combustion instability determination reference value obtained by averaging the combustion instability reference value through the sensitivity.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 가스터빈 연소불안전 진단 방법은, (a) 연소부 내부의 연소 동압을 측정하는 단계, (b) 측정된 상기 연소 동압을 신호처리하는 단계, (c) 상기 연소부의 연소 불안정 여부를 판별하기 위해 연소불안정 판별값을 계산하기 위한 동압신호의 시간 주기를 결정하는 민감도 분석을 시행하는 단계, (d) 상기 민감도를 기초로 상기 연소부 내부의 연소불안정 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, (d) 단계에서, 설정된 연소불안정 판별기준값이 0.1이하인 경우 상기 연소부 내부의 연소가 불안정한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, the gas turbine combustion insecurity diagnosis method according to an embodiment of the present invention includes (a) measuring the combustion dynamic pressure inside the combustion unit, (b) signal processing the measured combustion dynamic pressure, (c) the combustion Performing a sensitivity analysis to determine a time period of a dynamic pressure signal for calculating a combustion instability determination value to determine whether there is negative combustion instability, (d) to determine whether combustion instability inside the combustion unit is based on the sensitivity. It may include steps. At this time, in step (d), when the set combustion instability determination reference value is 0.1 or less, it is characterized in that it is determined that combustion inside the combustion unit is unstable.

구체적으로, (c)단계는, (c-1) 상기 특정 프레임에서 분석 가능한 데이터 수를 선정하는 단계, (c-2) 상기 민감도를 기초로

Figure 112019050313297-pat00006
(여기서,
Figure 112019050313297-pat00007
)에 의하여 연소불안정 판별값을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. Specifically, step (c), (c-1) selecting the number of data that can be analyzed in the specific frame, (c-2) based on the sensitivity
Figure 112019050313297-pat00006
(here,
Figure 112019050313297-pat00007
) By measuring the combustion instability determination value.

구체적으로, (c) 단계는, 에너지의 엔트로피(EoE_Entropy of Energy(X))를

Figure 112019050313297-pat00008
(여기서,
Figure 112019050313297-pat00009
이며, 확률변수 X의 값에 대해, I(x)는 정보량이며, P(x)는 상기 동압 신호 에너지의 확률값임)에 의해 연소불안정 기준값을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다. Specifically, step (c), the entropy of energy (EoE_Entropy of Energy (X))
Figure 112019050313297-pat00008
(here,
Figure 112019050313297-pat00009
And, for the value of the random variable X, I(x) is the amount of information, and P(x) is the probability value of the dynamic pressure signal energy).

구체적으로, (c) 단계는, 단위 프레임 내에서 신호의 크기가 자주 변화하는지에 대한 상기 동압신호의 확률

Figure 112019050313297-pat00010
(여기서, xi는 특정 프레임에서 i번째 신호이며, n은 특정 프레임 내의 신호의 수임)에 의해 계산하는 것을 특징으로 한다. Specifically, step (c) is the probability of the dynamic pressure signal with respect to whether the size of the signal changes frequently within a unit frame.
Figure 112019050313297-pat00010
(Here, xi is an i-th signal in a specific frame, and n is a number of signals in a specific frame).

구체적으로, (d) 단계 이후에, 상기 민감도를 기초로 상기 연소불안정 기준값을 평균화한 상기 연소불안정 판별기준값을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다. Specifically, after step (d), the step of calculating the combustion instability criterion value obtained by averaging the combustion instability criterion value based on the sensitivity may be further included.

가스터빈에서 이루어지는 연소과정의 연소 불안정 여부를 판단하기 위하여 연소부에서 측정된 연소 동압을 이용하여 연소동압 기준 판별값을 계산하고, 계산된 연소동압 기준판별값에 따라 가스터빈의 연소부에서 연소가 안정하게 이루어지고 있는지 여부를 판단할 수 있는 효과가 있다. In order to determine whether combustion is unstable in the combustion process in the gas turbine, the combustion dynamic pressure standard discrimination value is calculated using the combustion dynamic pressure measured in the combustion unit, and the combustion rate in the combustion part of the gas turbine is calculated according to the calculated combustion dynamic pressure standard discrimination value. There is an effect of being able to determine whether or not it is being made stably.

특히, 본 발명의 일 실시예의 가스터빈 연소 동압의 불안정 판별 기준값을 통해 실시간으로 연소의 상태를 파악 할 수 있고, 보다 정확하게 가스터빈의 연소불안정 발생 여부를 판단함과 동시에 이를 알려 그에 상응하는 조치를 신속하게 취할 수 있도록 한다. In particular, it is possible to grasp the state of combustion in real time through the reference value for determining the instability of the combustion dynamic pressure of the gas turbine according to an exemplary embodiment of the present invention. Make sure you can take it quickly.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 영역 A를 확대한 확대도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 가스터빈 연소부 내의 동압 신호의 일정 프레임에 포함된 가스터빈 연소불안정 진단시스템의 판별기준값의 분포에 대한 예시를 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 가스터빈 연소불안정 진단시스템의 판별기준값에 따라 안정한 상태와 불안정한 상태에서의 가스터빈 연소부 내의 동압 신호을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 1 is a schematic configuration diagram of a gas turbine combustion instability diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
2 is an enlarged view of an enlarged area A of FIG. 1.
3 is a view showing an example of the distribution of the determination reference value of the gas turbine combustion instability diagnosis system included in a predetermined frame of the dynamic pressure signal in the gas turbine combustion unit according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are diagrams showing dynamic pressure signals in a gas turbine combustion unit in a stable state and an unstable state according to a determination reference value of a gas turbine combustion instability diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method for diagnosing combustion instability in a gas turbine according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단시스템의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1의 영역 A를 확대한 확대도이다. 1 is a schematic configuration diagram of a gas turbine combustion instability diagnosis system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of area A of FIG. 1.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단시스템은 가스터빈과 같은 각종 연소기의 연소불안정을 탐지하고, 이를 활용하여 연소불안정을 감소시켜 가스터빈의 안정적이고 효율적인 운전이 가능할 수 있도록 한다. 이를 위해 가스터빈 연소불안정 진단시스템은, 연소부(10), 진단부(30), 연소제어부(20) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 1 and 2, the gas turbine combustion instability diagnosis system according to an embodiment of the present invention detects combustion instability of various combustors such as gas turbines, and utilizes this to reduce combustion instability to stabilize the gas turbine. And efficient operation is possible. To this end, the gas turbine combustion instability diagnosis system may include a combustion unit 10, a diagnosis unit 30, a combustion control unit 20, and the like.

이러한 구성의 가스터빈 연소불안정 진단시스템은 가스터빈 등 각종 연소기의 연소불안정을 탐지하고, 이를 감소시키는 등으로 활용하여 가스터빈의 안정적이고 효율적인 운전이 가능하도록 한다 The gas turbine combustion instability diagnosis system of this configuration detects combustion instability of various combustors such as gas turbines, and utilizes them to reduce them, enabling stable and efficient operation of the gas turbine.

구체적으로 연소부(10)에서는 연소를 위한 압축공기와 연료가 공급될 수 있다. 연소부(10)에서 연소된 가스는 가스터빈을 구동할 수 있는 동력원이 될 수 있다. 이러한 연소부(10) 내에서는 다양한 이유를 동반한 연소불안정이 발생할 수 있다. Specifically, compressed air and fuel for combustion may be supplied from the combustion unit 10. The gas burned in the combustion unit 10 may be a power source capable of driving the gas turbine. Combustion instability accompanying various reasons may occur within the combustion unit 10.

또한, 연소부(10) 내에는 중공의 연소부 내부에 장착되어 연소부 내부의 연소 동압을 측정하는 동압센서(100)를 포함할 수 있다. 이러한 동압센서(100)는 연소부(10) 내에 장착되는 예를 들어 설명하지만, 연소부(10)와 연결되는 도관을 통해 연결할 수도 있다. 동압센서(100)는 연소부(10) 내부의 연소불안정을 측정하기 위한 것으로 연소 시, 연소부(10) 내부의 진동과 공진현상을 측정할 수 있다. In addition, the combustion unit 10 may include a dynamic pressure sensor 100 mounted inside the hollow combustion unit to measure the combustion dynamic pressure inside the combustion unit. The dynamic pressure sensor 100 is described as an example installed in the combustion unit 10, but may be connected through a conduit connected to the combustion unit 10. The dynamic pressure sensor 100 is for measuring combustion instability inside the combustion unit 10, and may measure vibration and resonance inside the combustion unit 10 during combustion.

구체적으로 동압센서(100)는 연소부(10) 내부의 동적압력을 측정할 수 있는 센서가 될 수 있다. 또한, 연소부(10)는 동압센서(100)와 인접하게 연소부(10)의 연소 과정에서의 동압신호를 측정하는 압력센서(120)과, 압력센서(120)에서 발생한 신호를 측정하는 신호측정부(140) 등을 포함할 수 있다. Specifically, the dynamic pressure sensor 100 may be a sensor capable of measuring the dynamic pressure inside the combustion unit 10. In addition, the combustion unit 10 is a pressure sensor 120 for measuring a dynamic pressure signal in the combustion process of the combustion unit 10 adjacent to the dynamic pressure sensor 100 and a signal for measuring a signal generated from the pressure sensor 120 It may include a measurement unit 140 and the like.

이렇게 동압센서(100)를 통해 측정되는 연소부(10) 내부의 연소불안정은 일종의 공진현상이라 할 수 있다. 공진 주파수 성분에 대해 응답이 다른 주파수 성분이 지배적으로 커지는 현상을 의미한다.In this way, combustion instability inside the combustion unit 10 measured through the dynamic pressure sensor 100 may be referred to as a kind of resonance phenomenon. This refers to a phenomenon in which frequency components with different responses to the resonance frequency component dominate.

연소부(10)의 동압센서(100)와 신호측정부(120)를 통해 연소부(10)의 연소 과정에서 발생한 동압신호는 진단부(30)로 전송될 수 있다. 전송된 동압신호는 연소 과정이 불안정 또는 안정한지 여부를 확인할 수 있는 데이터로 사용될 수 있다. The dynamic pressure signal generated in the combustion process of the combustion unit 10 through the dynamic pressure sensor 100 and the signal measurement unit 120 of the combustion unit 10 may be transmitted to the diagnosis unit 30. The transmitted dynamic pressure signal can be used as data to determine whether the combustion process is unstable or stable.

구체적으로, 진단부(30)에서는 동압센서(100)에서 측정된 연소 동압에 따른 연소동압신호를 신호처리하여 연소동압신호에 포함된 복수의 주파수를 포함하는 특정 프레임 신호의 개수를 결정하는 민감도를 분석할 수 있다. 분석된 민감도는 연소불안정 판별값의 기초가 될 수 있다. Specifically, the diagnostic unit 30 processes the combustion dynamic pressure signal according to the combustion dynamic pressure measured by the dynamic pressure sensor 100 to determine the sensitivity of determining the number of specific frame signals including a plurality of frequencies included in the combustion dynamic pressure signal. Can be analyzed. The analyzed sensitivity can be the basis of the combustion instability discrimination value.

민감도란, 연소부 내부에서 측정된 연소 동압을 바탕으로, 한번의 실행으로 연소불안정 판별인자를 계산할 때 이용되는 신호의 개수에 따라 판별인자의 수치가 바뀌는 정도를 의미한다. 민감도 분석에 의하여 특정 신호에서 원하는 정보를 얻고자 할 때, 특정 신호 전체 영역이 아닌 특정 시간 길이를 갖는 프레임만 선택하여 계산할 수 있도록 한다. 이러한 민감도 분석으로 인해, 연소불안정 판별인자의 판별값을 구체화할 수 있다. 또한, 한 번의 계산에서 사용되는 데이터 수를 선정하여 그 기준 값을 명확하게 하고, 이를 통해 계산되는 연소불안정 판별인자를 통해 연소 상태를 즉각적으로 판단 할 수 있다.The sensitivity refers to the degree to which the value of the discrimination factor changes according to the number of signals used when calculating the combustion instability discrimination factor with one execution based on the combustion dynamic pressure measured inside the combustion section. When obtaining desired information from a specific signal by sensitivity analysis, it is possible to select and calculate only frames having a specific time length, not the entire area of the specific signal. Due to this sensitivity analysis, it is possible to specify the discriminant value of the combustion instability discriminating factor. In addition, by selecting the number of data used in one calculation, the reference value is clarified, and the combustion state can be immediately determined through the combustion instability determination factor calculated through this.

보다 구체적으로, 민감도 분석은 연소불안정 판별인자에 따라 기준값이 달라질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예의 연소불안정 판별인자는 연소불안정 판별기준값(EoE_Entropy of Energy)의 상태 수인 한 번에 계산되는 신호의 개수에 따라 그 기준 값이 달라질 수 있다. 따라서, 연소불안정 여부를 판단하기 위한 연소불안정 판별인자의 구체적인 판별 기준 값을 제시하기 위해 시행하는 과정이 민감도 분석이 될 수 있다.More specifically, in the sensitivity analysis, the reference value may vary depending on the combustion instability discriminating factor. For example, the combustion instability determination factor according to an embodiment of the present invention may vary according to the number of signals calculated at one time, which is the number of states of the combustion instability determination reference value (EoE_Entropy of Energy). Accordingly, a process performed to present a specific criterion value of a combustion instability discrimination factor for determining whether combustion instability is determined may be a sensitivity analysis.

이러한 민감도 분석은 신호의 개수가 작을수록 한 번의 계산에서 사용되는 데이터 수가 줄어들어 연산량이 줄어들고, 시계열의 분해능이 향상될 수 있다. 따라서, 민감도 분석을 위해 신호의 개수가 작으면서, 연소의 안정/불안정의 판별 기준값 차이를 크게 하는 신호의 개수를 정해야 한다.In this sensitivity analysis, as the number of signals decreases, the number of data used in one calculation decreases, thereby reducing the amount of computation and improving the resolution of the time series. Therefore, for sensitivity analysis, it is necessary to determine the number of signals that have a small number of signals and increase the difference in the reference value for discriminating stability/unstable combustion.

즉, 가스터빈 내부의 동압센서(100)가 10kHz로 동압 신호를 측정하고, 측정된 신호의 전체 영역이 1초라고 가정할 경우, 계산할 신호의 특정 길이는 0.001~0.1(10개 ~ 1000개의 측정 데이터)초가 될 수 있다. 즉, 1초의 길이를 갖는 데이터를 이용하여 계산할 때, 전체 영역을 이용한 계산 결과는 1초에 1번 얻을 수 있지만 특정 길이로 잘라서 계산 할 경우 1초에 여러 번의 결과를 얻을 수 있게 된다. That is, if the dynamic pressure sensor 100 inside the gas turbine measures a dynamic pressure signal at 10 kHz, and assuming that the entire area of the measured signal is 1 second, the specific length of the signal to be calculated is 0.001 to 0.1 (10 to 1000 measurements). Data) seconds. That is, when calculating using data having a length of 1 second, the calculation result using the entire area can be obtained once in a second, but when the calculation is cut to a specific length, the result can be obtained several times per second.

이때, 특정 길이를 선정하기 위해 고려해야 할 것은, 특정 프레임 내에 충분한 신호(주파수)가 포함되어 있는지 여부이다. 구체적으로, 연소부(10)의 연소가 안정/불안정 상태인지 여부를 판단하기 위한 기준값의 차이가 최대화되는지 고려해야 하며, 이를 위해 특정 프레임안의 신호 수를 결정할 수 있도록 민감도 분석이 이루어지는 것이다. At this time, what should be considered in order to select a specific length is whether or not sufficient signals (frequency) are included in a specific frame. Specifically, it is necessary to consider whether the difference between the reference values for determining whether the combustion of the combustion unit 10 is in a stable/unstable state is maximized, and for this purpose, a sensitivity analysis is performed to determine the number of signals in a specific frame.

이와 같은 민감도 분석을 통해 동압센서(100)가 측정하는 동압신호를 통해 연소불안정 판별값을 구할 수 있다. 이때, 연소불안정 판별값은 다음의 식으로 계산될 수 있다.Through such a sensitivity analysis, a combustion instability determination value may be obtained through a dynamic pressure signal measured by the dynamic pressure sensor 100. At this time, the combustion instability determination value can be calculated by the following equation.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112019050313297-pat00011
이때,
Figure 112019050313297-pat00012
이다.
Figure 112019050313297-pat00011
At this time,
Figure 112019050313297-pat00012
to be.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112019050313297-pat00013
Figure 112019050313297-pat00013

이때, 확률변수 X의 값에 대해, I(x)는 정보량이며, P(x)는 확률값이 될 수 있다. 여기서, P(x) : 동압 신호 에너지의 확률은, 특정 단위 프레임 내에서 신호의 크기가 자주 변화하는지에 대한 확률값이 될 수 있다. 구체적으로 다음과 같다. At this time, for the value of the random variable X, I(x) may be an information amount, and P(x) may be a probability value. Here, P(x): The probability of the dynamic pressure signal energy may be a probability value as to whether the magnitude of the signal changes frequently within a specific unit frame. Specifically, it is as follows.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112019050313297-pat00014
Figure 112019050313297-pat00014

한편, P(x)확률값은 다음의 식으로 계산될 수 있다. Meanwhile, the P(x) probability value can be calculated by the following equation.

[수학식 4][Equation 4]

여기서, xi는 특정 프레임에서 i번째 신호이며, n은 특정 프레임 내의 신호의 수라고 할 수 있다. Here, x i is an i-th signal in a specific frame, and n can be said to be the number of signals in a specific frame.

이와 같이 계산된 연소불안정 판별값은 평균화하여 연소불안정 판별기준값을 계산 할 수 있다. 즉, 앞서 기준한 식에 따라 계산된 연소불안정 판별값을 0과 1 사이의 값으로 평균화할 수 있다. 이때, 연소불안정 판별값을 평균화하기 위한 과정은, 다음과 같이 계산될 수 있다. The combustion instability discrimination value calculated in this way can be averaged to calculate the combustion instability discrimination reference value. That is, the combustion instability discrimination value calculated according to the above-referenced equation may be averaged as a value between 0 and 1. At this time, a process for averaging the combustion instability determination value may be calculated as follows.

연소불안정 판별기준값= 연소불안정 판별값/특정 프레임 당 가질 수 있는 최대의 연소불안정 판별값(Normalized EoE) Combustion instability discrimination reference value = Combustion instability discrimination value/Maximum combustion instability discrimination value per specific frame (Normalized EoE)

이와 같이 계산된 평균화된 연소불안정 판별기준값은, 연소부(10) 내에서 연소가 이루어지는 과정에서 안정영역에서의 연소불안정 판별기준값과 불안정영역에서의 판별기준값을 포함할 수 있다. The averaged combustion instability determination reference value calculated as described above may include a combustion instability determination reference value in a stable region and a determination reference value in an unstable region during combustion in the combustion unit 10.

예컨대, 안정영역이란 가스터빈 내에서 연소가 이루어지는 동안 다양한 신호가 발생할 수 있다. 특히 연소가 안정한 상태일 때 그 동압 신호의 크기는 작고, 그 분포는 정규분포를 따르며, 고른 크기의 다양한 주파수 성분을 갖는다. 따라서, 안정영역에서의 연소불안정 판별기준값은 분포도가 넓어 특정 프레임 내에서 다양한 신호를 가질 수 있는 특징이 있다(도 4의 (a) 참고). 이러한 안정영역에서의 연소불안정 판별기준값은 절대적인 기준값이 아니며, 가스터빈 연소 시, 실제 연소하는 과정에서 발생한 데이터를 바탕으로 안정한 연소가 일어나는 경우, 주파수의 파동이 심하게 발생하고, 이로 인해 프레임수가 적게 발생하여 연소불안정 판별기준값의 분포가 크다고 측정된 결과를 기준한 것이다. For example, the stable region may generate various signals during combustion in the gas turbine. In particular, when combustion is stable, the magnitude of the dynamic pressure signal is small, the distribution follows a normal distribution, and has various frequency components of even size. Therefore, the combustion instability criterion value in the stable region has a wide distribution, so that various signals can be obtained within a specific frame (see (a) of FIG. 4). The reference value for determining combustion instability in such a stable region is not an absolute reference value, and when stable combustion occurs based on data generated in the actual combustion process during gas turbine combustion, severe frequency fluctuations occur, resulting in fewer frames. Therefore, it is based on the measured result that the distribution of the reference value for determining combustion instability is large.

이와 다르게 불안정역이란, 가스터빈 내에서 연소가 이루어지는 동안 특정 신호를 중심으로 신호가 발생하는 것을 의미한다. 즉, 연소가 불안정한 상태라는 것은, 연소기의 고유모드와 일치하는 주파수 성분을 갖는 정현파 파형이 지배적이라는 것을 의미한다. 따라서, 불안정영역에서의 연소불안정 판별기준값은 분포도가 좁아 특정 프레임 내에서 특정한 신호를 가질 수 있다는 특징이 있다(도 4의 (b) 참고). 이러한 불안정영역에서의 연소불안정 판별기준값은 절대적인 기준값이 아니며, 가스터빈 연소 시, 실제 연소하는 과정에서 발생한 데이터를 바탕으로 불안정한 연소가 일어나는 경우, 주파수는 정현파 형태이며, 이로 인한 연소불안정 판별기준값의 분포가 작다고 측정된 결과를 기준한 것이다. In contrast, the unstable region means that a signal is generated around a specific signal during combustion in the gas turbine. In other words, that the combustion is in an unstable state means that a sinusoidal waveform having a frequency component consistent with the eigenmode of the combustor is dominant. Accordingly, since the distribution of the combustion instability criterion value in the unstable region is narrow, a specific signal can be obtained within a specific frame (refer to (b) of FIG. 4). The reference value for determining combustion instability in such an unstable region is not an absolute reference value, and when unstable combustion occurs based on data generated in the actual combustion process during gas turbine combustion, the frequency is in the form of a sine wave, and the distribution of the resulting combustion instability reference value It is based on the measured result that is small.

이러한 계산으로 구해진 연소불안정 판별기준값은 프레임 안에 몇 개의 신호가 포함되었는가에 의해 민감도의 크기인 프레임 안에 몇 개의 신호가 포함되었는가에 의해 신호의 상태가 동일하여도 연소불안정 판별기준값의 크기에 따라 달라질 수 있다. 이하 도면을 이용하여 연소불안정 판별기준값에 대해 자세하게 살펴보기로 한다. The combustion instability criterion value obtained by this calculation depends on how many signals are included in the frame, depending on how many signals are included in the frame, which is the magnitude of sensitivity, depending on the size of the combustion instability criterion value even if the signal state is the same. have. Hereinafter, a reference value for determining combustion instability will be described in detail using the drawings.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 가스터빈 연소부 내의 동압 신호의 일정 프레임에 포함된 가스터빈 연소불안정 진단시스템의 판별기준값의 분포에 대한 예시를 도시한 도면이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 가스터빈 연소불안정 진단시스템의 판별기준값에 따라 안정한 상태와 불안정한 상태에서의 가스터빈 연소부 내의 동압 신호을 도시한 도면이다. 3 is a view showing an example of the distribution of the discrimination reference value of the gas turbine combustion instability diagnosis system included in a certain frame of the dynamic pressure signal in the gas turbine combustion unit according to an embodiment of the present invention, FIGS. 4 and 5 A diagram showing a dynamic pressure signal in a gas turbine combustion unit in a stable state and an unstable state according to the determination reference value of the gas turbine combustion instability diagnosis system according to an embodiment of the present invention.

우선 도 3을 참고하면, 특정 프레임에 포함된 신호 수에 따른 연소불안정 판별기준값을 도시하고 있다. 구체적으로 특정한 시간 주기 동안 연소 동압의 수에 따라 연소불안정 판별기준값을 도시한다. First, referring to FIG. 3, a reference value for determining combustion instability according to the number of signals included in a specific frame is shown. Specifically, a reference value for determining combustion instability is shown according to the number of combustion dynamic pressures during a specific time period.

이때, 각 신호의 수에서 연소불안정 판별기준값 이외의 크기를 갖는 값는 노이즈가 될 수 있다. 즉 가스터빈이 연소할 때, 실제 연소하는 과정에서 발생한 데이터를 바탕으로 민감도 분석이 이루어지게 되면, n이 작을 때 연소불안정 판별기준값의 변화가 크게 나타날 수 있다. 이는, 실제 연소하는 과정에서 추출된 데이터에는 아웃라이어(outlier)가 존재하기 때문이다. In this case, a value having a magnitude other than the combustion instability determination reference value in the number of each signal may be noise. That is, when the gas turbine is burned, if the sensitivity analysis is performed based on the data generated in the actual combustion process, when n is small, the change in the combustion instability criterion value may appear large. This is because outliers exist in the data extracted during the actual combustion process.

예컨대, 가스터빈이 연소할 때, 실제 연소하는 과정에서 발생한 데이터를 바탕으로 10개의 신호를 통해 연소불안정 판별기준값을 계산한다면, 안정한 상태의 실제 연소하는 과정에서 발생한 데이터에서 연소불안정 판별기준값의 분포도는 크고, 불안정한 상태의 연소불안정 판별기준값의 분포도는 작게 측정된다. For example, when the gas turbine is burning, if the combustion instability criterion value is calculated through 10 signals based on the data generated in the actual combustion process, the distribution of the combustion instability criterion value in the data generated in the actual combustion process in a stable state is The distribution of the large, unstable combustion instability criterion value is measured to be small.

이에 반해, 신호의 수가 1000인 경우(기호 S참고) 불안정한 상태의 가스터빈이 연소할 때, 실제 연소하는 과정에서 발생한 데이터의 분포는 여전히 작지만, 안정한 상태의 실제 연소하는 과정에서 발생한 데이터는 연소불안정 판별기준값의 분포도는 현저히 작아지는 것으로 판단할 수 있다. On the other hand, when the number of signals is 1000 (see symbol S), when the gas turbine in an unstable state burns, the distribution of data generated in the actual combustion process is still small, but the data generated in the actual combustion process in a stable state is combustion instability. It can be determined that the distribution of the discriminant reference value becomes significantly smaller.

따라서, 안정한 상태와 불안정한 상태의 분포정도의 차이가 크도록 특정 프레임이 포함하는 신호 수를 선정하여 연소불안정 판별 기준값을 측정할 수 있다.Accordingly, a reference value for determining combustion instability can be measured by selecting the number of signals included in a specific frame so that the difference between the distribution degree of the stable state and the unstable state is large.

이와 같이 측정한 연소불안정 판별기준값을 기준하여 연소부(10)에서의 동압신호가 안정한 신호(23)인 경우와 불안정한 신호(31)인 경우에 동압신호의 측정 결과를 예측할 수 있다.The measurement result of the dynamic pressure signal can be predicted when the dynamic pressure signal in the combustion unit 10 is a stable signal 23 and an unstable signal 31 based on the measured combustion instability determination reference value.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 안정한 신호(23) 및 불안정한 신호(31)가 연소불안정 판별기준값이 0과 1 사이에 표현되도록 한다. 이때, 연소불안정 판별기준값 중 크기 0.1를 기준하여 연소부(10)의 연소불안정 상태에 대한 알람 및 자동비상조치를 취할 수 있다. That is, as shown in FIG. 4, the stable signal 23 and the unstable signal 31 allow the combustion instability determination reference value to be expressed between 0 and 1. At this time, an alarm and automatic emergency measures for the combustion instability state of the combustion unit 10 may be taken based on a size of 0.1 among the combustion instability determination reference values.

예를 들어, 안정한 신호(23)의 경우(도 4의 (a) 참고) 연소불안정 판별기준값이 크기 0.1보다 작아지는 경우는 나타나지 않는다. 이 경우, 연소가 안정적으로 지속되었다고 판단되어 정상운전을 운전자 및 장치 구동자 등에게 알릴 수 있다. For example, in the case of the stable signal 23 (refer to (a) of FIG. 4), a case where the reference value for determining combustion instability is less than 0.1 does not appear. In this case, it is determined that the combustion has continued stably, and the driver and the device driver may be informed of the normal operation.

이와 다르게 연소부(10)에서 측정되는 동압신호에서 계산된 연소불안정 판별기준값이 크기 0.1보다 작은 경우, 불안정한 신호(31)라고 판단할 수 있다(도 4의 (b) 참고). 이 경우, 연소불안정 판별기준값이 크기 0.1이 1초 이상 지속되는 경우 연소 불안정운영 상태를 운전자에 알릴 수 있다. 연소불안정 판별기준값이 크기 0.1이 일정 시간 이상 지속되는 경우 가스터빈에서 부하가 발생할 수 있기 때문이다. In contrast, when the combustion instability determination reference value calculated from the dynamic pressure signal measured by the combustion unit 10 is less than 0.1, it may be determined as an unstable signal 31 (see FIG. 4(b)). In this case, when the combustion instability determination criterion value of 0.1 is maintained for 1 second or more, it is possible to inform the driver of the combustion unstable operation state. This is because a load may occur in the gas turbine if the combustion instability criterion value of 0.1 is maintained for a certain time or longer.

이하 도 6을 참고하여 가스터빈 연소불안정 진단방법에 대해 살펴보기로 한다. Hereinafter, a method for diagnosing combustion instability in a gas turbine will be described with reference to FIG. 6.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 6 is a flowchart illustrating a method for diagnosing combustion instability in a gas turbine according to an embodiment of the present invention.

도 6의 설명에 앞서, 도 6에서 설명되는 도면부호와 도 1 내지 도 4에서 설명된 도면 부호가 동일한 경우 동일 구성이라고 판단하고, 상세한 설명은 생략하기로 한다. Prior to the description of FIG. 6, when the reference numerals described in FIG. 6 and the reference numerals described in FIGS. 1 to 4 are the same, it is determined that the configuration is the same, and detailed descriptions will be omitted.

도면을 참고하면, 우선 연소부 내부의 연소 동압을 측정한다(S110). 측정되는 연소 동압은 연소부(10) 내에서 연소가 불안정하게 이루어지고 있는지 여부를 측정할 수 있는 데이터로 사용될 수 있다. 구체적으로 연소불안정 현상이 발생하면 연소부 내부의 공진으로 인해 연소 동압이 크게 변화하고, 변화하는 연소 동압 정보는 연소 불안정에 대한 정보를 담고 있음을 시사하는 것이라 할 수 있다. Referring to the drawing, first, the combustion dynamic pressure inside the combustion unit is measured (S110). The measured combustion dynamic pressure may be used as data capable of measuring whether combustion is unstable in the combustion unit 10. Specifically, when combustion instability occurs, the combustion dynamic pressure changes significantly due to resonance inside the combustion unit, and the information on the changing combustion dynamic pressure may suggest that information on combustion instability is contained.

측정된 연소 동압을 신호 처리할 수 있다(S120). 이는 측정되는 연소 동압을 신호(주파수)로 처리하고, 처리된 신호는 특징에 따라 연소 불안정이 발생하는지 확인할 수 있는 데이터로 사용된다. 이때, 본 발명의 실시예에서 측정된 연소 동압은 특정한 변환이나 처리를 통해 신호 처리하지 않고, 연소 동안 자체를 신호로 판단하여 데이터로 사용되는 예를 들어 설명하기로 한다. The measured combustion dynamic pressure may be signal-processed (S120). This processes the measured combustion dynamic pressure as a signal (frequency), and the processed signal is used as data to check whether combustion instability occurs according to the characteristics. In this case, the combustion dynamic pressure measured in the exemplary embodiment of the present invention is not signal-processed through a specific conversion or processing, and is used as data by determining itself as a signal during combustion.

이후, 연소 동압을 바탕으로 연소 상태를 판별하는 인자를 계산할 때, 연소불안정 판별기준값(EoE_ Entropy of Energy)를 계산할 때, 사용하는 신호의 개수를 결정하는 민감도 분석을 시행한다.Thereafter, when calculating a factor that determines the combustion state based on the combustion dynamic pressure, when calculating the combustion instability determination reference value (EoE_ Entropy of Energy), a sensitivity analysis is performed to determine the number of signals to be used.

민감도란, 한번 연소불안정 판별인자를 계산할 때 이용되는 신호의 개수에 따라 판별인자의 수치가 얼마나 바뀌는 지를 의미한다. 이러한 민감도 분석은, 특정 신호에서 원하는 정보를 얻고자 할 때, 특정 신호 전체 영역이 아닌 특정 시간 길이를 갖는 프레임만 선택하여 계산할 수 있도록 하여 연소불안정 판별인자의 기준값을 구체화하는 과정이라 할 수 있다. Sensitivity refers to how much the value of the discriminant factor changes according to the number of signals used when calculating the combustion instability discriminating factor once. This sensitivity analysis can be said to be a process of specifying the reference value of the combustion instability discrimination factor by allowing only frames having a specific time length to be selected and calculated, not the entire specific signal area, when desired information is obtained from a specific signal.

이러한 민감도 분석을 통해 한 번의 계산에서 사용되는 데이터 수를 선정하여 그 기준 값을 명확하게 하고, 이를 통해 계산되는 연소불안정 판별인자를 통해 연소 상태를 즉각적으로 판단할 수 있게 하는 효과가 있다. Through this sensitivity analysis, the number of data used in one calculation is selected, the reference value is clarified, and the combustion state can be determined immediately through the combustion instability determination factor calculated through this.

구체적으로, 가스터빈 내부의 동압센서(100)가 10kHz로 동압 신호를 측정하고, 측정된 신호의 전체 영역이 1초라고 가정할 경우, 계산할 신호의 특정 길이는 0.001~0.1(10개 ~ 1000개의 측정 데이터)초가 될 수 있다. 즉, 1초의 길이를 갖는 데이터를 이용하여 계산할 때, 전체 영역을 이용한 계산 결과는 1초에 1번 얻을 수 있지만 특정 길이로 잘라서 계산 할 경우 1초에 여러 번의 결과를 얻을 수 있게 된다. Specifically, if the dynamic pressure sensor 100 inside the gas turbine measures a dynamic pressure signal at 10 kHz, and assuming that the entire area of the measured signal is 1 second, the specific length of the signal to be calculated is 0.001 to 0.1 (10 to 1000 Measurement data) seconds. That is, when calculating using data having a length of 1 second, the calculation result using the entire area can be obtained once in a second, but when the calculation is cut to a specific length, the result can be obtained several times per second.

이때, 특정 길이를 선정하기 위해 고려해야 할 것은, 특정 프레임 내에 충분한 신호(주파수)가 포함되어 있는지 여부이다. 구체적으로, 연소부(10)의 연소가 안정/불안정 상태인지 여부를 판단하기 위한 기준값의 차이가 최대화되는지 고려해야 하며, 이를 위해 특정 프레임안의 신호 수를 결정할 수 있도록 민감도 분석이 이루어지는 것이다. At this time, what should be considered in order to select a specific length is whether or not sufficient signals (frequency) are included in a specific frame. Specifically, it is necessary to consider whether the difference between the reference values for determining whether the combustion of the combustion unit 10 is in a stable/unstable state is maximized, and for this purpose, a sensitivity analysis is performed to determine the number of signals in a specific frame.

이와 같은 민감도 분석을 통해 동압센서(100)가 측정하는 동압신호를 통해 연소불안정 판별값을 구할 수 있다. 이때, 연소불안정 판별값은 다음의 식으로 계산될 수 있다.Through such a sensitivity analysis, a combustion instability determination value may be obtained through a dynamic pressure signal measured by the dynamic pressure sensor 100. At this time, the combustion instability determination value can be calculated by the following equation.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112019050313297-pat00015
이때,
Figure 112019050313297-pat00016
이다.
Figure 112019050313297-pat00015
At this time,
Figure 112019050313297-pat00016
to be.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112019050313297-pat00017
Figure 112019050313297-pat00017

이때, 확률변수 X의 값에 대해, I(x)는 정보량이며, P(x)는 확률값이 될 수 있다. 여기서, P(x) : 동압 신호 에너지의 확률은, 특정 단위 프레임 내에서 신호의 크기가 자주 변화하는지에 대한 확률값이 될 수 있다. 구체적으로 다음과 같다. At this time, for the value of the random variable X, I(x) may be an information amount, and P(x) may be a probability value. Here, P(x): The probability of the dynamic pressure signal energy may be a probability value as to whether the magnitude of the signal changes frequently within a specific unit frame. Specifically, it is as follows.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112019050313297-pat00018
Figure 112019050313297-pat00018

한편, P(x)확률값은 다음의 식으로 계산될 수 있다. Meanwhile, the P(x) probability value can be calculated by the following equation.

[수학식 4][Equation 4]

여기서, xi는 특정 프레임에서 i번째 신호이며, n은 특정 프레임 내의 신호의 수라고 할 수 있다. Here, x i is an i-th signal in a specific frame, and n can be said to be the number of signals in a specific frame.

이와 같이 계산된 연소불안정 판별값은 평균화하여 연소불안정 판별기준값을 계산 할 수 있다. 즉, 앞서 기준한 식에 따라 계산된 연소불안정 판별값을 0과 1 사이의 값으로 평균화할 수 있다. 이때, 연소불안정 판별값을 평균화하기 위한 과정은, 다음과 같이 계산될 수 있다. The combustion instability discrimination value calculated in this way can be averaged to calculate the combustion instability discrimination reference value. That is, the combustion instability discrimination value calculated according to the above-referenced equation may be averaged as a value between 0 and 1. At this time, a process for averaging the combustion instability determination value may be calculated as follows.

연소불안정 판별기준값= 연소불안정 판별값/특정 프레임 당 가질 수 있는 최대의 연소불안정 판별값 Combustion instability discrimination reference value = Combustion instability discrimination value/Maximum combustion instability discrimination value that can have per specific frame

연소불안정 판별기준값= 연소불안정 판별값/특정 프레임 당 가질 수 있는 최대의 연소불안정 판별값 (Normalized EoE)Combustion instability discrimination reference value = Combustion instability discrimination value/Maximum combustion instability discrimination value per specific frame (Normalized EoE)

이와 같이 계산된 평균화된 연소불안정 판별기준값은, 연소부(10) 내에서 연소가 이루어지는 과정에서 안정영역에서의 연소불안정 판별기준값과 불안정영역에서의 판별기준값을 포함할 수 있다. The averaged combustion instability determination reference value calculated as described above may include a combustion instability determination reference value in a stable region and a determination reference value in an unstable region during combustion in the combustion unit 10.

이렇게 계산된 연소불안정 판별기준값 크기가 0.1보다 작은 경우, 연소부(10)에서 불안정하게 연소가 이루어진다고 판단할 수 있다(S130). 이로 인하여 연소부(10)의 연소 불안정을 외부에 알려 가스터빈의 연소 안정성 향상시킬 수 있다. 이와 다르게 연소불안정 판별기준값의 크기가 0.1보다 크게 나오는 경우 연소가 안정한 상태에서 진행되는 것이라 판단 할 수 있다.If the size of the combustion instability determination reference value calculated as described above is less than 0.1, it may be determined that combustion is unstable in the combustion unit 10 (S130). Accordingly, combustion stability of the gas turbine may be improved by notifying the combustion instability of the combustion unit 10 to the outside. On the contrary, when the size of the combustion instability criterion value is greater than 0.1, it can be determined that the combustion proceeds in a stable state.

이상과 같이, 가스터빈에서 이루어지는 연소과정의 연소불안정 여부를 판단하기 위하여 연소부(10)에서 발생한 연소 동압을 이용하여 연소동압 기준 판별값인 연소불안정 판별 인자 값을 계산하고, 계산된 연소불안정 판별 인자 값에 따라 가스터빈의 연소부에서 연소가 안정하게 이루어지고 있는지 여부를 판단할 수 있게 된다.As described above, in order to determine whether combustion instability occurs in the combustion process in the gas turbine, the combustion instability determination factor value, which is the reference determination value of the combustion dynamics, is calculated using the combustion dynamics generated in the combustion unit 10, and the calculated combustion instability is determined. It is possible to determine whether combustion is stably performed in the combustion section of the gas turbine according to the factor value.

특히, 본 발명의 일 실시예의 가스터빈 연소 동압의 불안정 판별 기준값을 통해 보다 빠르고 정확하게 가스터빈의 연소불안정 발생 여부를 판단하고, 이를 알려 그에 상응하는 조치를 신속하게 취할 수 있도록 한다. In particular, it is possible to more quickly and accurately determine whether combustion instability of the gas turbine has occurred through the reference value for determining the instability of the combustion dynamic pressure of the gas turbine according to an embodiment of the present invention, and to notify this so that a corresponding action can be taken quickly.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서 다른 구체적인 실시예로 다양하게 수정 및 변형할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 할 것이다.In the above, although specific embodiments of the present invention have been described and illustrated, the present invention is not limited to the described embodiments, and those of ordinary skill in the art may variously modify other specific embodiments without departing from the spirit and scope of the present invention. It will be appreciated that it can be modified and transformed. Therefore, the scope of the present invention should not be determined by the described embodiments, but should be determined by the technical idea described in the claims.

본 발명의 가스터빈 연소불안정 진단 시스템 및 이를 이용한 가스터빈 연소불안정 진단 방법에 따르면, 가스 터빈 연소 시, 기준값에 따라 연소 불안정 여부를 판단하여 연소 불안정이 발생하면 이를 알려 가스터빈의 부하를 최소화할 수 있도록 하는 기술을 실현할 수 있다는 점에서, 기존 기술의 한계를 뛰어 넘음에 따라 관련 기술에 대한 이용만이 아닌 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.According to the gas turbine combustion instability diagnosis system of the present invention and the gas turbine combustion instability diagnosis method using the same, it is possible to minimize the load on the gas turbine by determining whether combustion instability occurs according to a reference value during combustion of a gas turbine, and notifying when combustion instability occurs. In that it is possible to realize the technology that enables the technology to be realized, the possibility of marketing or sales of the applied device is sufficient as well as the degree to be practically obvious, as it goes beyond the limitations of the existing technology. It is a possible invention.

Claims (11)

연소부 내부에 장착되어 상기 연소부 내부의 연소 동압을 측정하는 동압 센서를 포함하는 연소부;
상기 동압센서에서 연소동압신호를 신호처리하고, 상기 연소부의 연소 불안정 여부를 판별하기 위해 연소불안정 판별값을 계산하기 위한 동압신호의 시간 주기를 결정하는 민감도 분석을 시행하고, 상기 민감도를 기초로 상기 연소불안정 판별값을 계산하는 진단부; 및
상기 진단부의 판정에 따라 상기 연소부의 운전을 제어하는 연소제어부를 포함하고,
상기 진단부는,
상기 연소불안정 판별값을
Figure 112020057245010-pat00035

(여기서,
Figure 112020057245010-pat00036
)에 의하여 결정하는,
가스터빈 연소불안정 진단 시스템.A combustion unit including a dynamic pressure sensor mounted inside the combustion unit and measuring a combustion dynamic pressure inside the combustion unit;
The dynamic pressure sensor processes the combustion dynamic pressure signal and performs a sensitivity analysis to determine the time period of the dynamic pressure signal for calculating the combustion instability determination value in order to determine whether combustion instability of the combustion unit is unstable, and based on the sensitivity, the A diagnostic unit for calculating a combustion instability determination value; And
And a combustion control unit for controlling the operation of the combustion unit according to the determination of the diagnosis unit,
The diagnostic unit,
The combustion instability determination value
Figure 112020057245010-pat00035

(here,
Figure 112020057245010-pat00036
Determined by ),
Gas turbine combustion instability diagnosis system. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 진단부는,
에너지의 엔트로피(EoE_Entropy of Energy(X))를
Figure 112020057245010-pat00021

(여기서,
Figure 112020057245010-pat00022
이며, 확률변수 X의 값에 대해, I(x)는 정보량이며, P(x)는 상기 동압 신호 에너지의 확률값임)에 의해 연소불안정 판별값을 계산하는,
가스터빈 연소불안정 진단 시스템.The method of claim 1,
The diagnostic unit,
The entropy of energy (EoE_Entropy of Energy(X))
Figure 112020057245010-pat00021

(here,
Figure 112020057245010-pat00022
And, for the value of the random variable X, I(x) is the information amount, and P(x) is the probability value of the dynamic pressure signal energy) to calculate the combustion instability discrimination value,
Gas turbine combustion instability diagnosis system. 제1항에 있어서,
상기 진단부는,
단위 프레임 내에서 신호의 크기가 자주 변화하는지에 대한 상기 동압신호의 확률
Figure 112020057245010-pat00023
(여기서, xi는 특정 프레임에서 i번째 신호이며, n은 특정 프레임 내의 신호의 수임)에 의해 연소불안정 기준값을 계산하는,
가스터빈 연소불안정 진단 시스템. The method of claim 1,
The diagnostic unit,
The probability of the dynamic pressure signal as to whether the size of the signal changes frequently within a unit frame
Figure 112020057245010-pat00023
(Where xi is the i-th signal in a specific frame, and n is the number of signals in a specific frame) to calculate the combustion instability reference value,
Gas turbine combustion instability diagnosis system. 제4항에 있어서,
상기 진단부는,
상기 민감도를 통해 상기 연소불안정 기준값을 평균화한 연소불안정 판별기준값을 계산하는,
가스터빈 연소불안정 진단 시스템. The method of claim 4,
The diagnostic unit,
Computing a combustion instability determination reference value obtained by averaging the combustion instability reference value through the sensitivity,
Gas turbine combustion instability diagnosis system. 제5항에 있어서,
상기 연소불안정 판별기준값은,
안정영역에서의 연소불안정 판별기준값과, 불안정영역에서의 연소불안정 판별기준값을 포함하고,
상기 안정영역에서의 연소불안정 판별기준값의 분포는 상기 불안정영역에서의 연소불안정 판별기준값의 분포보다 넓은,
가스터빈 연소불안정 진단 시스템. The method of claim 5,
The combustion instability determination reference value,
Including the reference value for determining combustion instability in the stable region and the reference value for determining combustion instability in the unstable region,
The distribution of the combustion instability determination reference value in the stable region is wider than the distribution of the combustion instability determination reference value in the unstable region,
Gas turbine combustion instability diagnosis system. (a) 연소부 내부의 연소 동압을 측정하는 단계;
(b) 측정된 상기 연소 동압을 신호처리하는 단계;
(c) 상기 연소부의 연소 불안정 여부를 판별하기 위해 연소불안정 판별값을 계산하기 위한 동압신호의 시간 주기를 결정하는 민감도 분석을 시행하는 단계;
(d) 상기 민감도를 기초로 상기 연소부 내부의 연소불안정 여부를 판단하는 단계를 포함하고,
상기 (d) 단계에서,
설정된 연소불안정 판별기준값이 0.1이하인 경우 상기 연소부 내부의 연소가 불안정한 것으로 판단하고,
상기 (c)단계는,
(c-1) 특정 프레임에서 분석 가능한 데이터 수를 선정하는 단계;
(c-2) 상기 민감도를 기초로
Figure 112020502576887-pat00024

(여기서,
Figure 112020502576887-pat00025
)에 의하여 연소불안정 판별값을 측정하는 단계를 포함하는,
가스터빈 연소불안정 진단 방법. (a) measuring the combustion dynamic pressure inside the combustion unit;
(b) signal processing the measured combustion dynamic pressure;
(c) performing a sensitivity analysis for determining a time period of a dynamic pressure signal for calculating a combustion instability determination value to determine whether combustion instability of the combustion unit is determined;
(d) determining whether combustion is unstable inside the combustion unit based on the sensitivity,
In step (d),
If the set combustion instability determination reference value is less than 0.1, it is determined that the combustion inside the combustion unit is unstable,
Step (c),
(c-1) selecting the number of data that can be analyzed in a specific frame;
(c-2) based on the above sensitivity
Figure 112020502576887-pat00024

(here,
Figure 112020502576887-pat00025
) Comprising the step of measuring the combustion instability determination value by,
Gas turbine combustion instability diagnosis method. 삭제delete 제7항에 있어서,
상기 (c) 단계는, 에너지의 엔트로피EoE_Entropy of Energy(X))를
Figure 112020057245010-pat00026

(여기서,
Figure 112020057245010-pat00027
이며, 확률변수 X의 값에 대해, I(x)는 정보량이며,
P(x)는 상기 동압 신호 에너지의 확률값임)에 의해 연소불안정 기준값을 계산하는 단계를 더 포함하는,
가스터빈 연소불안정 진단 방법. The method of claim 7,
In the step (c), the entropy of energy EoE_Entropy of Energy(X))
Figure 112020057245010-pat00026

(here,
Figure 112020057245010-pat00027
And, for the value of the random variable X, I(x) is the amount of information,
P(x) is a probability value of the dynamic pressure signal energy), further comprising the step of calculating a combustion instability reference value,
Gas turbine combustion instability diagnosis method. 제7항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
단위 프레임 내에서 신호의 크기가 자주 변화하는지에 대한 상기 동압신호의 확률
Figure 112020057245010-pat00028
(여기서, xi는 특정 프레임에서 i번째 신호이며, n은 특정 프레임 내의 신호의 수임)에 의해 계산하는,
가스터빈 연소불안정 진단 방법. The method of claim 7,
The step (c),
The probability of the dynamic pressure signal as to whether the size of the signal changes frequently within a unit frame
Figure 112020057245010-pat00028
(Here, xi is the i-th signal in a specific frame, and n is the number of signals in a specific frame),
Gas turbine combustion instability diagnosis method. 제9항에 있어서,
상기 (d) 단계 이후에,
상기 민감도를 기초로 상기 연소불안정 기준값을 평균화한 상기 연소불안정 판별기준값을 계산하는 단계를 더 포함하는,
가스터빈 연소불안정 진단 방법.The method of claim 9,
After step (d) above,
Further comprising the step of calculating the combustion instability determination reference value obtained by averaging the combustion instability reference value based on the sensitivity,
Gas turbine combustion instability diagnosis method.
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