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CN111742129B - 控制器和方法 - Google Patents

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CN111742129B
CN111742129B CN201980014904.0A CN201980014904A CN111742129B CN 111742129 B CN111742129 B CN 111742129B CN 201980014904 A CN201980014904 A CN 201980014904A CN 111742129 B CN111742129 B CN 111742129B
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gas turbine
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Abstract

描述了一种用于燃气轮机(100)的控制器(700)。燃气轮机(100)包括压气机(101)、燃烧装置(102)和燃料供应装置(127)，压气机(101)被布置为以转动速度n运行，燃料供应装置(127)包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置，其中所述压气机(101)被布置为以稳定状态空气质量流率mss向燃烧装置(102)提供空气，并且其中燃料供应装置(127)被布置为以燃料质量流率mtotal向燃烧装置(102)供应燃料。控制器(700)被布置为，响应于负荷L的负荷变化ΔL，控制燃料供应装置至少部分地基于燃烧装置质量流率mt，经由第一燃料供应装置供应燃料质量流率mtotal的作为燃料质量流率mfuel pilot的比例Z。

Description

控制器和方法
技术领域
本发明总体上涉及用于燃气轮机的控制器，并且涉及包括这种控制器的燃气轮机以及控制这种燃气轮机的方法。
背景技术
用于燃气轮机的常规控制器实施相对保守的控制方法，使得燃气轮机以相对较高的安全裕度运行。这些保守的控制方法对诸如接受负荷和甩负荷的瞬态事件施加了限制，从而只能接受或拒绝相对较小的负荷。
WO 2015185413 A1描述了一种用于确定燃料分配设定值的方法，该燃料分配设定值可用于调节燃烧设备的燃料分配设定，燃料分配设定限定了主燃料与引燃燃料之间的关系。
EP2104802 B1描述了一种方法，在负荷降低的情况下，该方法控制燃气轮机的燃烧装置中引燃燃料流和主燃料流的燃料分配，该方法的特征在于，燃料需求的变化率被监测，并且附加的引燃燃料流被增加，该附加的引燃材料流的量取决于燃料流量需求的变化率。
US 9,822,710 B2描述了一种燃烧设备控制单元和例如燃气轮机的燃烧设备，该燃烧设备控制单元和燃烧设备基于至少一个运行参数来确定燃烧设备是否处于预定的运行级。响应于此，在燃烧设备处于预定运行级中的情况下，产生控制信号，该控制信号被配置用于在预定时间内将至少两种不同输入燃料流的比率设置为预定值。
US6,095,793A公开了一种独特而且有用的动态控制系统，用于控制用于动态对象(优选为燃气轮机发动机)的催化燃烧系统。动态控制系统通过产生可接受的燃烧系统瞬态性能，促进了用催化燃烧系统代替常规的火焰燃烧系统，该催化燃烧系统产生的污染物少得多。一种控制催化燃烧过程的方法包括步骤：计算引入燃烧装置中的空气的质量流，监测在燃烧装置内要燃烧的燃料的流动，监测引入燃烧装置中的空气的温度，基于质量流和燃料流计算入口温度设定点，并且基于入口温度设定点、质量流和空气的温度来控制预燃烧器加热空气。进一步，可以基于环境空气温度和压力和压气机速度来估计质量流。该专利还呈现了一种催化燃烧燃气轮机系统，该系统的运行由动态对象控制器控制，该动态对象控制器生成燃料流量需求信号，以响应动态对象需求来控制要燃烧的燃料的流动。
US5,896,736A公开了一种用于电气系统中的燃气轮机的快速作用控制系统，该快速作用控制系统适于对供应到涡轮的燃料和空气进行控制以防止涡轮中的熄火的情况，并且包括：涡轮控制单元，具有空气供应控制器，该空气供应控制器控制与至少一个涡轮状态信号相对应的多个涡轮入口导流静叶的位置；甩负荷模块，被耦合到空气供应器控制器和涡轮电子负荷传感器，以产生与感测到的涡轮电子负荷下降状态相对应的瞬态IGV校正信号。一种操作燃气轮机的方法，以使涡轮在失负荷状态期间保持联机，该方法包括以下步骤：感测涡轮的失负荷状态；将入口导流静叶校正信号供应到空气供应控制器中，该空气供应控制器被耦合以控制多个涡轮IGV的位置，IGV校正信号独立于施加到该空气供应控制器的其他涡轮运行状态信号；并且响应于IGV校正信号，调整多个IGV的位置，以调整燃气轮机中的涡轮燃料空气混合物，来防止在失去电负荷状态期间熄火。典型地，方法还包括在校正时间延迟之后去除IGV校正信号的步骤。
US 2004/216,462 A1公开了一种燃气涡轮增压组，该燃气涡轮增压组具有燃烧室，燃烧室具有包括催化燃烧器级、位于催化燃烧器级上游的预燃烧器级以及位于催化燃烧器级下游的非催化燃烧器级。预燃烧器级用于总是保持在进入催化级中的入口处的温度，该温度至少对应于用于操作催化燃烧器级所需的最低温度。根据本发明，燃气涡轮增压组被操作使得只有当在最大燃烧空气质量流存在的情况下，来自催化级出口处的温度达到上限时，位于催化燃烧室下游的燃烧器级才能运行。
US 2014/026,587 A1公开了一种用于燃气轮机的瞬时运行的方法和系统。燃气轮机控制器的运行确定用于入口空气质量流、燃料质量流和用于水或蒸汽质量流的需求值。为了在稳定的预混火焰下允许快速瞬态运行，至少要动态补偿一个需求值，以补偿供应系统的不同系统动力，以使到达燃烧装置的燃料、水、蒸汽和/或燃烧装置空气质量流的产生的变化同步化，从而使燃料与空气的比例维持在可燃极限之内。
因此，需要改进对燃气轮机的控制，例如，与诸如接受负荷和甩负荷的瞬态事件有关的控制。
发明内容
根据本公开，提供了一种控制燃气轮机的方法、一种用于燃气轮机的控制器、一种包括这种控制器的燃气轮机以及一种如所附权利要求中的有形的非瞬态计算机可读存储介质。根据从属权利要求以及随后的描述，本发明的其他特征将是清楚的。
根据第一方面，提供了一种控制燃气轮机的方法，燃气轮机被布置为供应负荷L，燃气轮机包括压气机、燃烧装置和燃料供应装置；压气机被布置为以转动速度运行，燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置，其中压气机被布置为以稳定状态空气质量流率向燃烧装置提供空气，并且其中燃料供应装置被布置为以燃料质量流率mtotal向燃烧装置供应燃料，该方法包括：
响应于负荷L的负荷变化控制压气机以新的空气质量流率向燃烧装置提供空气，其中新的空气质量流率在第一阈值和第二阈值之间的范围内。
以这种方式，燃气轮机的控制更好地适应诸如接受负荷和/或甩负荷的瞬态事件。以这种方式，可以更好地控制燃气轮机，以在接受负荷期间例如更快和/或更准确地增加功率输出，从而使得例如在不使燃气轮机失速的情况下能够接受增加的负荷。以此方式，可以更好地控制燃气轮机以例如在甩负荷期间更快地和/或更准确地减小功率输出，从而使得能够在不超速的情况下甩掉可能导致发电机的超频的增加的负荷。
在一个示例中，该方法是一种封闭控制环方法。
该方法包括总燃料需求的自适应闭环瞬态计划，以基于(一个或多个)基于模型的控制参数来控制压气机的加速度和/或减速度，(一个或多个)基于模型的控制参数诸如压气机空气质量流率和预定的运行极限(如压气机喘振和燃烧装置贫油熄火极限)。这有助于在诸如接受负荷和甩负荷的瞬态事件期间使燃气轮机的发动机运行更加稳健。
应该理解的是，转动速度是由下式给出的无量纲的转动速度
其中是压气机的实际转动速度，并且T是压气机入口处的空气的绝对温度。
应该理解的是，空气质量流率例如稳定状态空气质量流率和新的空气质量流率是通常由下式给出的无量纲的空气质量流率：
其中是实际空气质量流率，T是空气的绝对温度，并且P是在压气机入口处的空气的压力。
在一个示例中，第一阈值是对应于燃烧器火焰的损失的贫油熄火(LBO)极限。在一个示例中，第二阈值是对应于压气机喘振的喘振极限。在一个示例中，第一阈值和/或第二阈值例如从燃气轮机测得。在一个示例中，第一阈值和/或第二阈值被包括在燃气轮机的实时模型中。以这种方式，燃气轮机可以被控制为更接近第一阈值和/或第二阈值运行。
在一个示例中，控制压气机以新的空气质量流率向燃烧装置提供空气包括：确定用于负荷L的负荷变化的校正因子CF，以及至少部分地基于所确定的校正因子CF，将空气质量流率调整到新的空气质量流率以这种方式，可以针对瞬态事件优先地和/或反应性地控制燃气轮机。
在一个示例中，确定校正因子CF包括：如果负荷L的负荷变化是正的，则根据下式计算校正因子CF：
在一个示例中，确定校正因子包括：如果则根据下式计算校正因子CF：
其中在稳定状态空气质量流率和第二阈值之间的范围内。
在一个示例中，确定校正因子CF包括：如果负荷L的负荷变化是负的，则根据下式计算校正因子CF：
在一个示例中，确定校正因子CF包括：如果则根据下式计算校正因子CF：
其中在稳定状态空气质量流率和第一阈值之间的范围内。
在一个示例中，控制以新的空气质量流率向燃烧装置提供空气包括：确定转动速度对应于负荷L的负荷变化的变化率dn/dt，以及通过至少部分地基于所确定的校正因子CF和所确定的转动速度的变化率dn/dt将空气质量流率调整到新的空气质量流率
在一个示例中，控制以新的空气质量流率向燃烧装置提供空气包括：至少部分地基于所确定的校正因子CF和所确定的转动速度的变化率dn/dt的乘积，将稳定状态空气质量流率调整到新的空气质量流率
在一个示例中，控制以新的空气质量流率向燃烧装置提供空气包括：基于所确定的转动速度的变化率dn/dt与所确定的校正因子CF和所确定的转动速度的变化率dn/dt的乘积的和，将稳定状态空气质量流率调整到新的空气质量流率
在一个示例中，方法包括：
响应于负荷L的负荷变化控制燃料供应装置至少部分地基于燃烧装置质量流率经由第一燃料供应装置供应作为燃料质量流率的燃料质量流率mtotal的比例Z。
在一个示例中，对经由第一燃料供应装置供应的、作为燃料质量流率的燃料质量流率mtotal的比例Z的控制是至少部分地基于：在前次时间步长T-1中经由第一燃料供应装置被供应的前次燃烧装置质量流率
在一个示例中，对经由第一燃料供应装置供应的、作为燃料质量流率的燃料质量流率mtotal的比例Z的控制是至少部分地基于：在前次时间步长T-1中经由第一燃料供应装置被供应的前次燃烧装置质量流率其中前次燃烧装置质量流率从比例Z的组提供。在一个示例中，该组例如从燃气轮机中测量。在一个示例中，该组被包括在燃气轮机的实时模型中。以这种方式，燃气轮机可以被控制为更靠近于组运行。
根据第二方面，提供了一种用于燃气轮机的控制器，燃气轮机包括：压气机、燃烧装置和燃料供应装置；压气机被布置为以转动速度运行，燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置；其中压气机被布置为以稳定状态空气质量流率向燃烧装置提供空气，并且其中燃料供应装置被布置为以燃料质量流率mtotal向燃烧装置供应燃料，其中控制器被布置为：
响应于负荷L的负荷变化控制压气机以新的空气质量流率向燃烧装置提供空气，其中新的空气质量流率在第一阈值和第二阈值之间的范围内。
根据第三方面，提供了控制燃气轮机的方法，燃气轮机被布置为提供负荷L，燃气轮机包括压气机、燃烧装置和燃料供应装置；压气机被布置为以转动速度运行，燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置；其中压气机被布置为以稳定状态空气质量流率向燃烧装置提供空气，并且其中燃料供应装置被布置为以燃料质量流率mtotal向燃烧装置供应燃料，该方法包括：
响应于负荷L的负荷变化控制燃料供应装置至少部分地基于燃烧装置质量流率经由第一燃料供应装置供应燃料质量流率mtotal的作为燃料质量流率的比例Z。
燃烧装置质量流率是空气质量流率和燃料质量流率mtotal的和。
以这种方式，燃气轮机的控制更好地适应诸如接受负荷和/或甩负荷的瞬态事件。以这种方式，可以更好地控制燃气轮机，以在接受负荷期间例如更快和/或更准确地增加功率输出，从而使得例如在燃烧装置的引燃火焰不损失的情况下能够接受增加的负荷。以此方式，可以更好地控制燃气轮机以例如在甩负荷期间更快地和/或更准确地减小功率输出，从而使得能够在燃烧装置的燃烧器没有过热的情况下甩掉增加的负荷。以这种方式，对燃气轮机的控制更好地适于瞬态事件，从而减少了断开、故障、损坏和/或劣化的可能性。
在一个示例中，该方法是一种封闭控制环方法。
在一个示例中，对经由第一燃料供应装置被供应的、燃料质量流率mtotal的作为燃料质量流率的比例Z的控制是至少部分地基于：在前次时间步长t-1中经由第一燃料供应装置和/或压气机被供应的前次燃烧装置质量流率以这种方式，可以至少部分地基于前次运行条件来控制燃气轮机。
在一个示例中，对经由第一燃料供应装置被供应的、燃料质量流率mtotal的作为燃料质量流率的比例Z的控制是至少部分地基于：在前次时间步长t-1中经由第一燃料供应装置和/或压气机被供应的前次燃烧装置质量流率其中前次燃烧装置质量流率是从比例Z的组被供应。
在一个示例中，经由第一燃料供应装置被供应的、燃料质量流率mtotal的作为燃料质量流率的比例Z是在第一引燃阈值和第二引燃阈值之间的范围内。
在一个示例中，第一引燃阈值对应于燃烧装置的引燃火焰的损失。
在一个示例中，第二引燃阈值对应于燃烧装置的燃烧器的过热。
在一个示例中，第一引燃阈值针对燃气轮机被预定。
在一个示例中，第二引燃阈值针对燃气轮机被预定。
在一个示例中，经由第一燃料供应装置被供应的、燃料质量流率mtotal的作为燃料质量流率的比例Z最多在预定的第一持续时间内在第一引燃阈值之下。
在一个示例中，经由第一燃料供应装置被供应的、燃料质量流率mtotal的作为燃料质量流率的比例Z最多在预定的第二持续时间内在第二引燃阈值之上。
在一个示例中，控制经由第一燃料供应装置被供应的、燃料质量流率mtotal的作为燃料质量流率的比例Z包括：如果负荷L的负荷变化是正的，则降低比例Z。
在一个示例中，控制经由第一燃料供应装置被供应的、作为燃料质量流率的燃料质量流率mtotal的比例Z包括：如果负荷L的负荷变化是负的，则增加比例Z。
根据第四方面，提供一种用于燃气轮机的控制器，燃气轮机包括压气机、燃烧装置和燃料供应装置；压气机被布置为以转动速度运行，燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置；其中压气机被布置为以稳定状态空气质量流率向燃烧装置提供空气，并且其中燃料供应装置被布置为以燃料质量流率mtotal向燃烧装置供应燃料，其中控制器被布置为：
响应于负荷L的负荷变化控制燃料供应装置至少部分地基于燃烧装置质量流率经由第一燃料供应装置供应燃料质量流率mtotal的作为燃料质量流率的比例Z。
根据第五方面，提供了一种燃气轮机，包括压气机、燃烧装置和燃料供应装置；压气机被布置为以转动速度运行，燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置；其中压气机被布置为以稳定状态空气质量流率向燃烧装置提供空气，并且其中燃料供应装置被布置为以燃料质量流率mtotal向燃烧装置供应燃料，其中燃气轮机包括根据第二方面和/或第四方面的控制器。
根据第六方面，提供了有形的非瞬态计算机可读存储介质，非瞬态计算机可读存储介质被提供为在该非瞬态计算机可读存储介质上记录有指令，该指令由用于燃气轮机的控制器实施，以使得控制器执行控制燃气轮机的方法，该方法是根据第一方面和/或第三方面的方法，该燃气轮机包括压气机、燃烧装置和燃料供应装置；压气机被布置为以转动速度运行，燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置；其中压气机被布置为以稳定状态空气质量流率向燃烧装置提供空气，并且其中燃料供应装置被布置为以燃料质量流率mtotal向燃烧装置供应燃料。
附图说明
现在将参考附图描述本公开的示例，其中：
图1示出了可以根据示例性实施例使用的一种类型的燃气轮机的示意图；
图2更详细地示出了图1的燃气轮机的示意图；
图3更详细地示出了图1的燃气轮机的示意图；
图4更详细地示出了图1的燃气轮机的示意图；
图5更详细地示出了图1的燃气轮机的示意图；
图6示出了根据示例性实施例的控制器的示意图；
图7示出了根据示例性实施例的控制燃气轮机的方法的示意图；
图8示出了根据示例性实施例的控制燃气轮机的方法的示意图；
图9示出了根据示例性实施例的控制燃气轮机的方法的示意图；
图10示出了根据示例性实施例的控制燃气轮机的方法的示意图；
图11示出了根据示例性实施例的控制燃气轮机的方法的示意图；
图12示出了根据示例性实施例的控制燃气轮机的方法的示意图；
图13示出了根据示例性实施例的控制器的示意图；
图14示出了根据示例性实施例的控制燃气轮机的方法的示意图；
图15示出了根据示例性实施例的控制燃气轮机的方法的示意图；
图16示出了根据示例性实施例的控制燃气轮机的方法的示意图；以及
图17示出了根据示例性实施例的控制燃气轮机的方法的示意图。
具体实施方式
图1示出了可以根据示例性实施例使用的一种类型的燃气轮机100的示意图。燃气轮机100包括压气机101、燃烧装置102，压气机涡轮103、动力涡轮104和中间导管(interduct)105。
燃气轮机100包括气体发生器装置，该气体发生器装置适于产生加压的工作流体。气体发生器装置包括压气机101、燃烧装置102和压气机涡轮103。诸如空气的工作流体被注入到压气机101中。压气机101对工作流体加压。
图1中的箭头示出了工作流体的流动方向。燃料在压气机101的下游被注入燃烧装置102中。工作流体(即工作流体的一部分)与燃料混合并且被燃烧。燃烧装置102产生加压的高能量工作流体，该加压的高能量工作流体驱动压气机涡轮103，使得产生分别用于驱动压气机101的机械能。
热的加压高能量工作流体通过中间导管105被引导至动力涡轮104。加压的热的工作流体驱动动力涡轮104以产生扭矩。
图2更详细地示出了图1的燃气轮机100的示意图。特别地，图2更详细地示意性示出了如图1所示的燃气轮机100的压气机101、燃烧装置102和压气机涡轮103。
除非另有说明，术语“上游”和“下游”是指流动通过发动机的空气流和/或工作气体的流动方向。术语“向前”和“向后”是指通过发动机的气体的大致流动。术语“轴向”、“径向”和“周向”是相对于发动机的旋转轴线20而言的。
燃气轮机100按流动顺序包括入口12、压气机101、燃烧装置102和压气机涡轮103，入口12、压气机101、燃烧装置102和压气机涡轮103总体上按流动顺序被布置，并且总体上沿纵向轴线或旋转轴线20的方向被布置。燃气轮机100还包括轴22，该轴22可以围绕旋转轴线20旋转并且纵向延伸穿过燃气轮机100。轴22将压气机涡轮103驱动地连接至压气机101。
在燃气轮机100运行时，通过空气入口12吸入的空气24由压气机101压缩，并且被输送到包括燃烧器部16的燃烧装置102。燃烧器部16包括燃烧器增压室26，一个或多个由双壁筒27限定的燃烧室28和至少一个固定到每个燃烧室28上的燃烧器30。燃烧室28和燃烧器30位于燃烧器增压室26内部。通过压气机12的压缩空气进入散流器32，并且从散流器32排放到燃烧器增压室26中，一部分空气从燃烧器增压室26进入燃烧器30，并且与气态或液态燃料混合。空气/燃料混合物随后燃烧，并且燃烧气体34或来自燃烧的工作气体通过过渡导管35被引导到压气机涡轮103。
压气机涡轮103包括附接到轴22的若干动叶承载盘36。在本示例中，两个盘36各自承载涡轮动叶38的环形阵列。然而，动叶承载盘的数目可以是不同的，即，仅一个盘或多于两个的盘。另外，被固定到燃气轮机100的定子42的导流静叶40设置在涡轮动叶38之间。在燃烧室28的出口和前涡轮动叶38之间提供入口导流静叶44。
来自燃烧室28的燃烧气体进入压气机涡轮103并且驱动涡轮动叶38，该涡轮动叶38进而将轴22旋转。导流静叶40、44用于优化燃烧或工作气体在涡轮动叶38上的角度。压气机101包括轴向串联的导向静叶级46和转子动叶级48。
图3更详细地示出了图1的燃气轮机的示意图。特别地，图3更详细地示出了燃烧室28的一部分。
图4更详细地示出了图1的燃气轮机的示意图。特别地，图4示出了沿着图3示出的线III-III的燃烧室28的截面。
燃烧室分为四个部分：前端部分120、旋流器部分121、燃烧器预燃室部分122和燃烧容积123。主燃料通过导管124借助于前端部分120被引入旋流器121中，而引燃燃料通过导管125进入燃烧器空间，导管125在导管的端部具有引燃燃料喷嘴129。主燃料流动和引燃燃料流动来源于燃料分流阀126，该燃料分流阀126被供应给燃料供应装置127，燃料供应装置127表示对燃烧室123的总燃料供应。燃料供应装置127因此包括主燃料供应装置或第一燃料供应装置并且包括引燃燃料供应装置或第二燃料供应装置。主燃料流动通过一组主燃料喷嘴(或者喷射器)128进入旋流器，主燃料流动从旋流器开始被沿着旋流器静叶130被引导，在该过程中与进入的压缩空气混合。燃料可以是气体燃料或者液体燃料。产生的空气/燃料混合物维持燃烧器火焰30。来自该燃烧器火焰30的热空气进入燃烧容积123。燃气轮机通常将包括若干这种燃烧室28，在这种情况下，主燃料流动分布和引燃燃料流动分布大致将如图5所示。
图5更详细地示出了图1的燃气轮机的示意图。特别地，图5示出了用于1、2、...N号燃烧室28的主燃料流动分布和引燃材料流动分布。主燃料流动和引燃材料流来源于燃料分流阀126，该燃料分流阀126被供给燃料供应装置127，燃料供应装置127表示对1、2、...N号燃烧室28的总燃料供应。燃料供应装置127因此包括燃料供应装置127因此包括主燃料供应装置或第一燃料供应装置并且包括引燃燃料供应装置或第二燃料供应装置。
图6示出了根据示例性实施例的控制器600的示意图。特别地，图6示出了通信地耦合到燃气轮机100的控制器600的示意图。
控制器600是用于燃气轮机100。燃气轮机100包括：压气机101、燃烧装置102和燃料供应装置127；压气机101被布置为以转动速度运行，燃料供应装置127包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置，其中压气机101被布置为以稳定状态空气质量流率向燃烧装置102提供空气，并且其中燃料供应装置127被布置为以燃料质量流率mtotal向燃烧装置102供应燃料。控制器600被布置为响应于负荷L的负荷变化控制压气机101以新的空气质量流率向燃烧装置102提供空气，其中新的空气质量流率在第一阈值和第二阈值之间的范围内。
在该示例中，控制器600包括实时模型单元610，校正因子确定单元620、加速度/减速度计划单元630、乘法单元640、加速度/减速度确定单元650、求和单元660、比例积分(PI)控制器单元670和选择器单元680。其他布置是可能的。
在一个示例中，实时模型单元610被布置为确定新的空气质量流率的估值。在一个示例中，实时模型单元610被布置为至少部分地基于燃气轮机100的实时模型来确定新的空气质量流率的估值。在一个示例中，实时模型单元610被布置为至少部分地基于转动速度来确定新的空气质量流率的估值。在一个示例中，实时模型单元610被布置为接收来自燃气轮机100的转动速度在一个示例中，实时模型单元610被布置为将所确定的新的空气质量流率的估值提供给校正因子确定单元620。
在一个示例中，实时模型单元610包括通过一组非线性微分方程数学性地描述的燃气轮机100的实时(也称为动态)模型：
其中分布式空气热动力学过程、机械过程和电气过程被包括在状态坐标向量中。对于n个状态变量，可以写出上述方程的n个组。控制量u、运行条件v和健康参数h是可以通过测量和/或操纵加以区分的量。
测量值(也称为感应参数)可以在燃气轮机100中在各种量上取得。这些感应参数可以根据一般代数表达式与状态、输入和参数相关：
y＝gy(x，h，u，v)
其中，整体上，向量y包含可测量的参数和不可测量的参数。针对状态坐标向量和向量y的上述这些方程可以是足够通用的，以提供起始点关于控制设计和状态估值来描述燃气轮机100。
在针对通用基线开发了准确的模型之后，可以扩展该燃气轮机模型以包括表示劣化的燃气轮机100的数据(即，在使用燃气轮机100之后，例如在燃气轮机的调试和/或扩展使用之后)。例如，劣化效应可以包括效率变化、面积变化、压力下降以及流量变化和由于渗漏效应引起的干扰。通常地，容量和效率这两个量可以用于对在燃气轮机100运行过程中的变化进行建模，导致降低的能量转换效率或部件流量特性。
在一个示例中，该实时模型如WO 2015/117791和/或WO 2017/198528中所描述。
在一个示例中，控制器600被布置为响应于负荷L的负荷变化通过确定负荷L的负荷变化的校正因子CF以及通过至少部分地基于所确定的校正因子CF将空气质量流率调整到新的空气质量流率来控制压气机101以新的空气质量流率向燃烧装置102提供空气。在一个示例中，校正因子CF包括加速度校正因子ACF，和/或校正因子CF是加速度校正因子ACF。在一个示例中，校正因子CF包括减速度校正因子DCF，和/或校正因子CF是减速度校正因子DCF。
在一个示例中，校正因子确定单元620被布置为确定负荷L的负荷变化的校正因子。在一个示例中，校正因子确定单元620被布置为至少部分地基于由实时模型单元610提供的所确定的新的空气质量流率的估值来确定负荷L的负荷变化的校正因子CF。在一个示例中，校正因子确定单元620被布置为至少部分地基于转速来确定校正因子CF。在一个示例中，如参考图8、图9和图11所描述，校正因子确定单元620被布置为确定校正因子CF。在一个示例中，校正因子确定单元620被布置为接收来自燃气轮机100的转动速度在一个示例中，校正因子确定单元620被布置为提供针对负荷L的负荷变化的所确定的校正因子CF到乘法单元640。
在一个示例中，校正因子确定单元620被布置为：如果负荷L的负荷变化是正的，则通过根据以下公式计算校正因子CF，来确定校正因子CF：
这对应于在接受负荷期间的加速度计划，即，校正因子CF是加速度校正因子ACF。
特别地，存在两种特殊情况来考虑负荷L的负荷变化是否为正。
在第一种特殊情况下，进一步加速是不可能的：
对于(在处的喘振极限)，CF＝ACF＝0
在第二种特殊情况下，自由加速是可能的：
对于(在处的运行点)，CF＝ACF＝1
在一个示例中，校正因子确定单元620被布置为：如果则通过根据以下公式计算校正因子CF，来确定校正因子CF：
其中在稳定状态空气质量流率和第二阈值之间的范围内。
在一个示例中，校正因子确定单元620被布置为：如果负荷L的负荷变化是负的，则通过根据以下公式计算校正因子CF，来确定校正因子CF：
这对应于在甩负荷期间的减速度计划，即，校正因子CF是减速度校正因子DCF。
特别地，有两种特殊的情况来考虑负荷L的负荷变化是否为负。
在第一种特殊情况下，进一步减速是不可能的：
对于(在处的LBO极限)，CF＝DCF＝0
在第二种特殊情况下，自由减速是可能的：
对于(在处的运行点)，CF＝DCF＝1
在一个示例中，校正因子确定单元620被布置为：如果则通过根据以下公式计算校正因子CF，来确定校正因子CF：
其中在稳定状态空气质量流率和第一阈值之间的范围内。
在一个示例中，控制器600被布置为响应于负荷L的负荷变化通过确定转动速度对应于负荷L的负荷变化的变化率dn/dt，以及通过至少部分地基于所确定的校正因子CF和所确定的转动速度的变化率dn/dt而将空气质量流率调整到新的空气质量流率来控制压气机101以新的空气质量流率向燃烧装置102提供空气。
在一个示例中，加速度/减速度计划单元630被布置为确定转动速度对应于负荷L的负荷变化的变化率dn/dt。在一个示例中，例如，如下文参照图10和/或图12所描述的，加速度/减速度计划单元630被布置为确定转动速度对应于负荷L的负荷变化的变化率dn/dt作为转动速度的函数。在一个示例中，该变化率包括压气机101的估计的加速度/减速度需求，和/或该变化率是压气机101的估计的加速度/减速度需求。在一个示例中，加速度/减速度计划单元630被布置为接收来自燃气轮机100的转动速度在一个示例中，加速度/减速度计划单元630被布置为将所确定的转动速度的变化率dn/dt(例如为压气机101的估计的加速度/减速度需求)提供给乘法单元640。
在一个示例中，控制器600被布置为通过至少部分地基于所确定的校正因子CF和所确定的转动速度的变化率dn/dt将空气质量流率调整(例如限制)到新的空气质量流率来控制压气机101以新的空气质量流率向燃烧装置102提供空气。
在一个示例中，乘法单元640被布置为将所确定的校正因子CF与压气机101的估计的加速度/减速度需求相乘(即计算乘积)，从而提供了压气机101的校正的加速度/减速度需求，所确定的校正因子CF由校正因子确定单元620提供，估计的加速度/减速度需求由加速度/减速度计划单元630提供。在一个示例中，乘法单元640被布置为将所确定的校正因子CF和所确定的转动速度的变化率dn/dt的乘积提供到求和单元660。
在一个示例中，控制器600被布置为通过至少部分地基于所确定的转动速度的变化率dn/dt与所确定的校正因子CF和所确定的转动速度的变化率dn/dt的乘积，将空气质量流率调整(例如限制)到新的空气质量流率来控制压气机101以新的空气质量流率向燃烧装置102提供空气。
在一个示例中，加速度/减速度确定单元650被布置为基于所接收的转动速度(即实际值，而不是例如估值)来确定转动速度对应于负荷L的负荷变化的变化率dn/dt。在一个示例中，加速度/减速度确定单元650被布置为从燃气轮机100接收转动速度在一个示例中，加速度/减速度确定单元650被布置为将所确定的转动速度的变化率dn/dt提供到求和单元660。
在一个示例中，求和单元660被布置为将由加速度/减速度确定单元650提供的所确定的转动速度的变化率dn/dt以及由乘法单元640提供的所确定的校正因子CF和所确定的转动速度的变化率dn/dt的乘积(即，压气机101的经校正的加速度/减速度需求)求和，从而将压气机101的加速度/减速度误差提供为经校正的加速度/减速度需求与由加速度/减速度确定单元650提供的实际值之间的差值。在一个示例中，求和单元660被布置为将该和(即，压气机101的加速度/减速度误差)提供给PI控制器670。
在一个示例中，控制器600被布置为响应于负荷L的负荷变化控制压气机101以新的空气质量流率向燃烧装置102提供空气，新的空气质量流率由所确定的转动速度的变化率dn/dt以及所确定的校正因子CF和所确定的转动速度的变化率dn/dt的乘积的和确定。
在一个示例中，控制器600被布置为响应于负荷L的负荷变化控制燃料供应装置127以燃料质量流率mtotal向燃烧装置102供应燃料。在一个示例中，控制器600被布置为确定和新的空气质量流率相对应的燃料质量流率mtotal。
在一个示例中，PI控制器670被布置为至少部分地基于由求和单元660提供的和来确定新的空气质量流率该和是所确定的转动速度的变化率dn/dt以及所确定的校正因子CF和所确定的转动速度的变化率dn/dt的乘积(即，在压气机101的加速度/减速度误差上)的和。在一个示例中，PI控制器670被布置为将所确定的新的总燃料质量流率mtotal提供给选择器680。
在一个示例中，PI控制器670被布置为至少部分地基于由求和单元660提供的和来确定由燃料供应装置127供应到燃烧装置102的燃料质量流率mtotal。该和是所确定的转动速度的变化率dn/dt以及所确定的校正因子CF和所确定的转动速度的变化率dn/dt的乘积(即，在压气机101的加速度/减速度误差上)的和。在一个示例中，PI控制器670被布置为将确定的燃料质量流率mtotal提供给选择器680。
在一个示例中，选择器680被布置为将所确定的新的总燃料质量流率mtotal提供给燃气轮机100，例如提供给压气机101，从而根据所确定的新的空气质量流率来控制燃气轮机100。在一个示例中，选择器680被布置为将所确定的新的总燃料质量流率mtotal提供给实时模型单元610，从而将该值反馈回到实时模型中。
在一个示例中，选择器680被布置为将确定的燃料质量流率mtotal提供给燃气轮机100，例如提供给燃料供应装置127，从而根据确定的燃料质量流率mtotal来控制燃气轮机100。在一个示例中，选择器680被布置为将确定的燃料质量流率mtotal提供给实时模型单元610，从而将该值反馈回到实时模型中。
在S601，实时模型单元610接收来自燃气轮机100的转动速度更一般地，在S601，实时模型单元610接收来自燃气轮机100的所有可得到的测量值，例如在不同发动机站的速度、压力和/或温度。
在S602，如上所述，实时模型单元610至少部分地基于所接收到的转动速度来确定新的空气质量流率的估值，并将新空气质量流率的估值提供给校正因子确定单元620。
在S603，校正因子确定单元620接收来自燃气轮机100的转动速度
在S604，如上所述，校正因子确定单元620至少部分地基于所接收的转动速度和由实时模型单元610提供的新的空气质量流率的估值来确定校正因子CF，并且将所确定的校正因子CF提供给乘法单元640。
在S605，加速度/减速度计划单元630接收来自燃气轮机100的转动速度
在S606，加速度/减速度计划单元630根据所接收的转动速度确定转动速度对应于负荷L的负荷变化的变化率dn/dt，来作为估计的压气机101的加速度/减速度需求，并且向乘法单元640提供可被允许的(例如可接受的、可被准许的、可被许可的、可容忍的或可持续的)加速度/减速度需求。
在S607，乘法单元640将由校正因子确定单元620提供的所确定的校正因子CF与由加速度/减速度计划单元630提供的压气机101的可被允许的加速度/减速度需求相乘(即，计算其乘积)，从而提供了压气机101的经校正的可被允许的加速度/减速度需求。乘法单元640将压气机101的经校正的可被允许的加速度/减速度需求提供到求和单元660。
在S608，加速度/减速度确定单元650接收来自燃气轮机100的转动速度
在S609，加速度/减速度确定单元650基于所接收的转动速度(即，例如是实际值而不是估值)来确定转动速度对应于负荷L的负荷变化的变化率dn/dt，并且将所确定的转动速度的变化率dn/dt提供到求和单元660。
在S610，求和单元660将由加速度/减速度确定单元650提供的所确定的转动速度的变化率dn/dt以及压气机101的经校正的加速度/减速度需求求和，从而将压气机101的加速度/减速度误差提供为经校正的加速度/减速度需求与由加速度/减速度确定单元650提供的实际值之间的差值。求和单元660向PI控制器670提供该压气机101的加速度/减速度误差。
在S611，如上所述，PI控制器670至少部分地基于压气机101的加速度/减速度误差来确定新的燃料质量流率mtotal。在该示例中，PI控制器670确定将由燃料供应装置127供应到燃烧装置102的燃料质量流率mtotal。PI控制器670向选择器680提供燃料质量流率mtotal。
在S612，选择器680将所确定的新的总燃料质量流率提供给燃气轮机100，从而根据所确定的新空气质量流率来控制燃气轮机100。选择器680将所确定的燃料质量流率mtotal提供给燃气轮机100，例如提供给燃料供应装置127，从而根据所确定的燃料质量流率mtotal来控制燃气轮机100。更一般地，在S612，选择器680可以向燃气轮机100提供总燃料需求、引燃燃料需求和/或主燃料需求。选择器680可以向燃气轮机100附加地提供其他需求和/或所有需求，例如可变导流静叶(VGV)需求和/或排泄阀(BOV)需求。
在S613，选择器680向实时模型单元610提供所确定的燃料质量流率mtotal，从而将该值反馈回到实时模型中。更一般地，在S613，选择器680可以向实时模型单元610提供总燃料需求、引燃燃料需求和/或主燃料需求。选择器680可以向实时模型单元610附加地提供其他和/或所有需求，例如可变导流静叶(VGV)需求和/或排泄阀(BOV)需求。
图7示出了根据示例性实施例控制燃气轮机100的方法的示意图。
该方法用于控制被布置为供应负荷L的燃气轮机100，燃气轮机100包括被布置为以转动速度运行的压气机101、燃烧装置102和燃料供应装置127，燃料供应装置127包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置，其中压气机101被布置为以稳定状态空气质量流率将向燃烧装置102提供空气，并且其中燃料供应装置127被布置为以燃料质量流率mtotal向燃烧装置102供应燃料。
在S701，响应于负荷L的负荷变化压气机101被控制为以新的空气质量流率向燃烧装置102提供空气，其中新的空气质量流率在第一阈值和第二阈值之间的范围内。
可选地，该方法包括响应于随后的负荷变化例如连续地、周期性地、规则地和/或不规则地重复S701。
该方法可以包括本文描述的步骤中的任意步骤。
图8示出了根据示例性实施例的控制燃气轮机100的方法的示意图。图8特别地示出了用于燃气轮机100的压力图，在该压力图中，压气机压力比PR被绘制为压气机空气质量流率的函数。压气机压力比PR是压气机出口压力与压气机入口压力之比。
压力图包括用于稳定状态空气质量流率的运行线，对于该运行线，压气机压力比PR与压气机空气质量流率大致成比例。压力图包括对应于燃烧器火焰30的损失的较低的第一阈值该较低的第一阈值是贫油熄火(LBO)极限，对于相同的压气机空气质量流率该较低的第一阈值在比运行线更低的压气机压力比PR处，并且该较低的第一阈值在较高的压气机空气质量流率下偏离运行线。压力图包括对应于压气机101的喘振不稳定的较高的第二阈值该较高的第二阈值是喘振极限，对于相同的压气机空气质量流率该较高的第二阈值在比运行线更低的压气机压力比PR处，并且该较高的第二阈值在朝向较高的压气机空气质量流率汇聚之前，在较高的压气机空气质量流率下偏离运行线。压力图包括相邻并且平行于运行线的第三阈值该第三阈值在稳定状态空气质量流率(即，运行线)和第一阈值之间的范围内。压力图包括相邻并且平行于运行线的第四阈值该第四阈值在稳定状态空气质量流率和第二阈值之间的范围内。第三阈值和第四阈值对应于中等瞬态事件。压力图还包括多个相互垂直等距的转动速度线(在此示例中特别地为七个)，转动速度线横向于运行线、第一阈值第二阈值第三阈值和第四阈值对应于三个临近的转动速度的三个旋转速度线和被标记。
图9示出了根据示例性实施例的控制燃气轮机100的方法的示意图。对于在接受负荷期间由正的瞬态负荷变化引起的加速度计划，图9特别地示出了如关于图8所描述的压力图的示例。如图9中的弯曲箭头所示，在接受负荷期间，由于正的瞬态负荷变化燃气轮机100被控制为遵循接受负荷，从初始稳定状态空气质量流率运行线移动，以在返回到在稳定状态空气质量流率运行线上运行之前，以在稳定状态空气质量流率和第二阈值之间的新的空气质量流率运行。以这种方式，燃气轮机100可以被控制为更接近第二阈值运行，以允许燃气轮机100在没有喘振的情况下接受更大的正的负荷变化
图10示出了根据示例性实施例的控制燃气轮机的方法的示意图。图10特别地示出了标称加速度计划的图表，在图表中旋转速度的变化率dn/dt(即，加速度)被绘制为转动速度的函数。加速度作为转动速度的函数缓慢增加，并且在转动速度大约为13000时突然增加至最大值3200，然后在较高的速度处降低。在该示例中，转动速度的正常操作范围大约是从11000到13000。
图11示出了根据示例性实施例的控制燃气轮机100的方法的示意图。对于在甩负荷期间由于负的瞬态负荷变化的减速度计划，图11特别地示出了如参考图8所描述的压气机压力比图的示例。如图9中的弯曲箭头所示，在甩负荷期间，由于负的瞬态负荷变化燃气轮机100被控制遵循甩负荷，从初始稳定状态空气质量流率运行线移动，以返回到在稳定状态空气质量流率运行线上运行之前，以在稳定状态空气质量流率和第一阈值之间的新的空气质量流率运行。以这种方式，燃气轮机100可以被控制为更接近第一阈值运行，以允许燃气轮机100在没有火焰的损失的情况下接受更大的负的负荷变化
图12示出了根据示例性实施例的控制燃气轮机的方法的示意图。图12特别地示出了标称减速度计划的曲线图，在图表中，旋转速度的变化率dn/dt(即，减速度)被绘制为转动速度的函数。在该示例中，在在较高的速度处降低之前，加速度作为转动速度的函数恒定为大约9000。
图13示出了根据示例性实施例的控制器700的示意图。图13特别地示出了通信地耦合到燃气轮机100的控制器700的示意图。
在一个示例中，控制器700包括控制器600或反之亦然。
控制器700用于燃气轮机100。燃气轮机100包括：压气机101、燃烧装置102和燃料供应装置127，压气机101被布置为以转动速度运行，燃料供应装置127包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置；其中压气机101被布置为以稳定状态空气质量流率向燃烧装置102提供空气，并且其中燃料供应装置127被布置为以燃料质量流率mtotal向燃烧装置102供应燃料。控制器700被布置为响应于负荷L的负荷变化控制燃料供应装置127至少部分地基于燃烧装置质量流率经由第一燃料供应装置供应燃料质量流率mtotal的作为燃料质量流率的比例Z。
应当理解的是，燃烧装置质量流率是对于当前时间步长t，由压气机101向燃烧装置102提供的空气的空气质量流率(例如，稳定状态空气质量流率或新的空气质量流量)以及由燃料供应装置127供应的燃料的燃料质量流率mtotal的和。当前时间步长t可以是在1ms到100ms的范围内，优选地在10ms到50ms的范围内。
在该示例中，控制器700包括实时模型单元710、一个时间步长延迟单元790、加速度/减速度计划单元730、乘法单元740和选择器单元780。其他布置是可能的。
实时模型单元710、加速度/减速度计划单元730、乘法单元740和选择器单元780可以包括和/或可以是如以上分别地关于实时模型单元610、加速度/减速度计划单元630、乘法单元640和/或选择器单元680所述的单元。
在一个示例中，实时模型单元710被布置为确定燃烧装置质量流率mt。在一个示例中，实时模型单元710被布置为至少部分地基于燃气轮机100的实时模型来确定燃烧装置质量流率mt。在一个示例中，实时模型单元710被配置为至少部分地基于转动速度来确定燃烧装置质量流率mt。在一个示例中，实时模型单元710被配置为接收来自燃气轮机100的转动速度在一个示例中，实时模型单元710被布置为将所确定的燃烧装置质量流率mt提供到时间步长延迟单元790和/或提供到乘法单元740。
在一个示例中，如以上关于实时模型单元610所述，实时模型单元710包括通过一组非线性微分方程而被数学性地描述的燃气轮机100的实时(也称为动态)模型，
其中分布式空气热动力学过程、机械过程和电气过程被包括在状态坐标向量中。对于n个状态变量，可以写出n组上述方程。控制量u、运行条件v和健康参数h是可以通过测量和/或操纵而加以区分的量。
测量(也称为感测参数)可以对在燃气轮机100中的各种量进行。根据一般代数表达式，这些感测参数可以与状态、输入和参数相关：
y＝gy(x，h，u，v)
其中，向量y整体上包括可测量和不可测量的参数。针对状态坐标向量和向量y的上述这些方程可以是足够通用的，以提供起始点来描述关于控制设计和状态估值的燃气轮机100。
在针对通用基线开发了准确的模型之后，该燃气轮机模型可以被扩展以包括表示劣化的燃气轮机100的数据(即，在使用燃气轮机100之后，例如在其试车和/或长期使用之后)。例如，劣化效应可以包括效率变化、面积变化、压力下降以及由于渗漏效应引起的流量变化和干扰。通常地，容量和效率这两个量可以用于对在燃气轮机100运行过程中导致降低的能量转换效率或部件流量特性的变化建模。
在一个示例中，实时模型为如WO2015/117791和/或WO2017/198528中所描述的实时模型。
在一个示例中，控制器700被布置为控制经由第一燃料供应装置而被供应的、燃料质量流率mtotal的作为燃料质量流率的比例Z是至少部分地基于在前次时间步长t-1中供应的前次燃烧装置质量流率在一个示例中，前次时间步长t-1是在当前时间步长t之前的一个(即，唯一的、单个的或确切地一个)时间步长。
在一个示例中，时间步长延迟单元790被布置为确定在前次时间步长t-1中供应的前次燃烧装置质量流率例如对应于从实时模型单元710接收的针对当前时间步长t所确定的燃烧装置质量流率mt。在一个示例中，时间步长延迟单元790被布置为例如从存储块(例如查找表或图)获得前次燃烧装置质量流率
在一个示例中，控制器700被布置为控制经由第一燃料供应装置而被供应的、燃料质量流率mtotal的作为燃料质量流率的比例Z是至少部分地基于在前次时间步长t-1中供应的前次燃烧装置质量流率其中前次燃烧装置质量流率由该比例Z的组提供。
在一个示例中，时间步长延迟单元790被布置为例如从存储块(例如查找表或图)获得针对前次时间步长t-1的前次燃烧装置质量流率在一个示例中，时间步长延迟单元790被布置为将燃烧装置质量流率mt提供到加速度/减速度计划单元730，该加速度/减速度计划单元730包括存储块，例如查找表或图。
在一个示例中，控制器700被布置为响应于负荷L的负荷变化控制燃料供应装置127至少部分地基于估计的加速度/减速度第一燃料(也被称为引燃)需求，经由第一燃料供应装置供应燃料质量流率mtotal的作为燃料质量流率的比例Z。估计的加速度/减速度第一燃料(也被称为引燃)需求从加速度/减速度计划中根据前次时间步长t-1的前次燃烧装置质量流率(例如从其加速度/减速度计划中)获得。估计的加速度/减速度第一燃料需求通常可以由燃料质量流率和燃烧装置质量流率的比值确定：
在一个示例中，加速度/减速度计划单元730被布置为至少部分地基于由时间步长单元790提供的针对前次时间步长t-1的燃烧装置质量流率来确定估计的加速度/减速度第一燃料需求。在一个示例中，加速度/减速度计划单元730被布置为将估计的加速度/减速度第一燃料需求确定为燃料质量流率和前次燃烧装置质量流率的比值，前次燃烧装置质量流率例如是从加速度/减速度计划单元730的加速度/减速度计划中针对前次时间步长t-1确定的。在一个示例中，加速度/减速度计划单元730被布置为将估计的加速度/减速度第一燃料需求提供到乘法单元740。
在一个示例中，乘法单元740被布置为将当前时间步长t的燃烧装置质量流率和估计的加速度/减速度第一燃料需求相乘(即，计算其乘积)，从而提供经校正的加速度/减速度第一燃料需求，当前时间步长t的燃烧装置质量流率由实时模型单元710提供，估计的加速度/减速度第一燃料需求由加速度/减速度计划单元730提供(即，从前次时间步长t-1的燃烧装置质量流率确定)。经校正的加速度/减速度第一燃料需求可以因此被表示为：
在一个示例中，乘法单元740被布置为将经校正的加速度/减速度第一燃料需求提供到选择器780。
在一个示例中，选择器780被布置为将经校正的加速度/减速度第一燃料需求提供到燃气轮机100，例如提供到燃料供应装置127，从而根据经校正的加速度/减速度第一燃料需求计划来控制燃气轮机100。在一个示例中，选择器780被布置为将经校正的加速度/减速度第一燃料需求提供到实时模型单元710(从而将该值反馈回到实时模型中)和提供到燃气轮机100。
在一个示例中，经由第一燃料供应装置供应的燃料质量流率mtotal的作为燃料质量流率的比例Z是在第一引燃阈值和第二引燃阈值之间的范围内。
在一个示例中，第一引燃阈值对应于燃烧装置102的引燃火焰的损失。
在一个示例中，第二引燃阈值对应于燃烧装置102的燃烧器的过热。
在一个示例中，对于燃气轮机100，例如根据如上所述的从燃气轮机100获得的、被包含在实时模型和/或在加速度/减速度计划中的数据，第一引燃阈值是预定的。
在一个示例中，对于燃气轮机100如上所述，例如根据如上所述的从燃气轮机100获得的、被包含在实时模型和/或在加速度/减速度计划中的数据，第二引燃阈值是预定的。
在一个示例中，经由第一燃料供应装置供应的、燃料质量流率mtotal的作为燃料质量流率的比例Z最多在预定的第一持续时间内在第一引燃阈值之下，预定的第一持续时间例如在1至100个时间步长的范围内，优选地在1至10个时间步长的范围内，更优选地在1至5个时间步长(例如3个时间步长)的范围内。低于第一引导阈值的临时偏差可以是可接受的。时间步长可以是在1ms至100ms的范围内，优选地在10ms至50ms的范围内。
在一个示例中，经由第一燃料供应装置供应的、燃料质量流率mtotal的作为燃料质量流率的比例Z最多在预定的第二持续时间内在第二引燃阈值之上，预定的第二持续时间例如在1至100个时间步长的范围内，优选地在1至10个时间步长的范围内，更优选地在1至5个时间步长(例如3个时间步长)的范围内。高于第二引燃阈值的临时偏差可以是可接受的。时间步长可以是在1ms至100ms的范围内，优选地在10ms至50ms的范围内。
在一个示例中，控制经由第一燃料供应装置供应的、燃料质量流率mtotal的作为燃料质量流率的比例Z包括：如果负荷L的负荷变化是正的，则降低比例Z。
在一个示例中，控制经由第一燃料供应装置供应的、燃料质量流率mtotal的作为燃料质量流率的比例Z包括：如果负荷L的负荷变化是负的，则增加比例Z。
在S1301，实时模型单元710接收来自燃气轮机100的所有可得到的测量值，例如在不同发动机站的速度、压力和/或温度。
在S1302，实时模型单元710至少部分地基于如上所述的当前时间步长t的燃料质量流率来确定燃烧装置质量流率并且将燃烧装置质量流率提供到时间步长单元790。
在S1303，时间步长单元790例如从存储块(例如查找表或图)获得前次时间步长t-1的前次燃烧装置质量流率并且将前次时间步长t-1的前次燃烧装置质量流率提供到加速度/减速度计划单元730。
在S1304，加速度/减速度计划单元730至少部分地基于由时间步长单元790提供的前次时间步长t-1中的燃烧装置质量流率根据加速度/减速度计划单元730的加速度/减速度计划，来确定估计的加速度/减速度第一燃料需求，并且将估计的加速度/减速度第一燃料需求提供到乘法单元740。
在S1305，实时模型单元710将燃烧装置质量流率mt提供到乘法单元740。
在S1306，乘法单元740将当前时间步长t的燃烧装置质量流率和估计的加速度/减速度第一燃料需求相乘(即，计算其乘积)，从而提供经校正的加速度/减速度第一燃料需求，当前时间步长t的燃烧装置质量流率由实时模型单元710提供，估计的加速度/减速度第一燃料需求由加速度/减速度计划单元730提供(即，从前次时间步长t-1的燃烧装置质量流率确定)。经校正的加速度/减速度第一燃料需求被表示为：
乘法单元740将经校正的加速度/减速度第一燃料需求提供到选择器780。
在S1307，选择器780向燃气轮机100提供经校正的加速度/减速度第一燃料需求，例如提供到燃料供应装置127，从而根据经校正的加速度/减速度第一燃料需求控制燃气轮机100。更一般地，在S1307，选择器780可以向燃气轮机提供总燃料需求、引燃燃料需求和/或主燃料需求。选择器780可以向燃气轮机100附加地提供其他需求和/或所有需求，例如可变导流静叶(VGV)需求和/或排泄阀(BOV)需求。
在S1308，选择器780向实时模型单元710提供经校正的加速度/减速度第一燃料需求提供，从而将该值反馈回到实时模型中。更一般地，在S1308，选择器780可以向实时模型单元710提供总燃料需求、引燃燃料需求和/或主燃料需求。选择器780可以向实时模型单元710附加地提供其他需求和/或所有需求，例如可变导流静叶(VGV)需求和/或排泄阀(BOV)需求。
图14示出了根据示例性实施例的控制燃气轮机100的方法的示意图。
该方法用于控制被布置为供应负荷L的燃气轮机100，燃气轮机100包括被布置为以转动速度运行的压气机101、燃烧装置102和燃料供应装置127，燃料供应装置127包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置，其中压气机101被布置为以稳定状态空气质量流率向燃烧装置102提供空气，并且其中燃料供应装置127被布置为以燃料质量流率mtotal向燃烧装置102供应燃料。
在S1401，响应于负荷L的负荷变化燃料供应装置101被控制为至少部分地基于燃烧装置质量流率经由第一燃料供应装置来供应燃料质量流率mtotal的作为燃料质量流率的比例Z。
可选地，方法包括响应于随后的负荷变化例如连续地、周期性地、规则地和/或不规则地重复S1401。
方法可以包括本文描述(例如包括关于图7所描述的)的任何方法步骤。
图15示出了根据示例性实施例的控制燃气轮机100的方法的示意图。图15特别地示出了用于燃气轮机100的引燃分配图(也称为加速度/减速度引燃需求计划)，在该引燃分配图中，引燃燃料需求分配被绘制为燃烧装置质量流动的函数。引燃燃料需求分配是燃料质量流率和燃烧装置质量流率的比值：
引燃分配图包括用于稳定状态燃烧装置质量流率的运行线，对于该运行线，引燃燃料需求分配与燃烧装置质量流率大致成反比。燃料图包括对应于引燃火焰损失的较低的第一引燃阈值较低的第一引燃阈值是贫油熄火(LBO)极限，对于相同的燃烧装置质量流率较低的第一引燃阈值在比运行线更低的引燃燃料需求分配处，并且在更高的燃烧装置质量流率处朝向运行线会聚。压力图包括对应于燃烧器的过热的较高的第二引燃阈值较高的第二引燃阈值是尖端温度(tip temperature)极限，对于相同的燃烧装置质量流率较高的第二引燃阈值在比运行线更高的引燃燃料需求分配处，并且在更高的燃烧装置质量流率处朝向运行线会聚。
图16示出了根据示例性实施例的控制燃气轮机100的方法的示意图。对于在接受负荷期间由正的瞬态负荷变化引起的加速度计划，图16特别地示出了如关于图15所述的引燃分配图的示例。如图16中的弯曲箭头所示，在接受负荷期间，由于正的瞬态负荷变化燃气轮机100被控制为遵循接受负荷，从在运行线上的初始引燃燃料需求分配移动，来在返回到在稳定状态燃烧装置质量流率运行线上运行之前，以在稳定状态燃烧装置质量流率和第一引燃阈值(即，较低的引燃燃料需求分配)之间的新的引燃燃料需求分配运行，初始引燃燃料需求分配对应于前次时间步长t-1中供应的前次燃烧装置质量流率以这种方式，燃气轮机100可以被控制为更接近第一引燃阈值运行，以允许燃气轮机100在没有引燃火焰的损失的情况下接受更大的正的负荷变化
图17示出了根据示例性实施例的控制燃气轮机100的方法的示意图。对于在甩负荷期间由负的瞬态负荷变化引起的减速度计划，图17特别地示出了如关于图15所述的引燃分配图的示例。如图16中的弯曲箭头所示，在甩负荷期间，由于负的瞬时负荷变化燃气轮机100被控制为遵循甩负荷，从在运行线上的初始引燃燃料需求分配移动，来在返回到在稳定状态燃烧装置质量流率运行线上运行之前，以在稳定状态燃烧装置质量流率和第二引燃阈值(即，较高的引燃燃料需求分配)之间的新的引燃燃料需求分配运行，初始引燃燃料需求分配对应于在前次时间步长t-1中供应的前次燃烧装置质量流率以这种方式，燃气轮机100可以被控制为更接近第二引燃阈值运行，以允许燃气轮机100在没有引燃喷嘴的过热的情况下接受更大的负的负荷变化
注意涉及与本申请同时或在本说明书之前提交的所有论文和文件，并且随本说明书向公众开放的所有公开文件，这些文件的内容通过引用的方式并入本文。
在本说明书中公开的所有特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任意组合进行组合，这样的特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合除外。
除非另有明确说明，否则本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由具有相同、等同或相似目的的替代特征代替。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征仅是一类系列等同或相似特征的示例。
本发明在细节上不限于上述实施方式。本发明扩宽到本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的任何新颖特征或任何新颖特征组合，或者如此公开的任何方法或过程中的任何新颖步骤或任何新颖步骤的组合。

Claims (14)

1.一种控制一个燃气轮机的方法，所述燃气轮机被布置为供应负荷，所述燃气轮机包括一个压气机、一个燃烧装置和一个燃料供应装置，所述压气机被布置为以转动速度运行，所述燃料供应装置包括一个第一燃料供应装置和一个第二燃料供应装置，其中所述压气机被布置为以稳定状态空气质量流率向所述燃烧装置提供空气，并且其中所述燃料供应装置被布置为以总燃料质量流率向所述燃烧装置供应燃料，所述方法包括：
检测所述负荷的由于所述燃气轮机的一个瞬态所致的一种负荷变化，响应于所检测到的负荷变化并在一个当前时间步长中通过一个控制器，控制所述燃料供应装置至少部分地基于燃烧装置质量流率、经由所述第一燃料供应装置供应给所述燃烧装置的、所述总燃料质量流率的作为引燃燃料质量流率的比例，
其中经由所述第一燃料供应装置被供应给所述燃烧装置的、所述总燃料质量流率的作为所述引燃燃料质量流率的所述比例是在第一引燃阈值和第二引燃阈值之间的范围内，
其中所述第一引燃阈值对应于所述燃烧装置的一个引燃火焰的损失，
其中所述第二引燃阈值对应于所述燃烧装置的一个燃烧器的过热，
其中所述第一引燃阈值针对所述燃气轮机被预定，
其中所述第二引燃阈值针对所述燃气轮机被预定，
其中所述控制器包括一个存储器，所述存储器存储指示根据燃烧装置质量流率供应给所述燃烧装置的、所述总燃料质量流率的作为所述引燃燃料质量流率的多个比例的多种关系的一个图，所述多种关系中的一个第一种关系包括指示所述第一引燃阈值的一条第一条线，所述多种关系中的一个第二种关系包括指示所述第二引燃阈值的一条第二条线，并且所述多种关系中的一个第三种关系包括指示根据对应于一个稳态燃烧装置质量流率的燃烧装置质量流率供应给所述燃烧装置的、所述总燃料质量流率的作为所述引燃燃料质量流率的比例的一条第三条线，其中所述控制器被配置为访问存储在所述存储器中的所述图，并且
其中所述控制器进一步被配置为：响应于所述负荷变化是对应于一个负荷接受的一种正的负荷变化，将供应给所述燃烧装置的、所述总燃料质量流率的作为所述引燃燃料质量流率的所述比例从所述第三条线上的一个初始点移位到在所述第三条线和所述第一条线之间的一个范围内的一个新点。
2.根据权利要求1所述的方法，其中前次燃烧装置质量流率是从相应的前次燃烧装置质量流率的组被供应。
3.根据权利要求1所述的方法，其中经由所述第一燃料供应装置被供应的、所述总燃料质量流率的作为所述引燃燃料质量流率的所述比例最多在预定的第一持续时间内在所述第一引燃阈值之下。
4.根据权利要求1所述的方法，其中经由所述第一燃料供应装置被供应的、所述总燃料质量流率的作为所述引燃燃料质量流率的所述比例最多在预定的第二持续时间内在所述第二引燃阈值之上。
5.根据权利要求1所述的方法，其中经由所述第一燃料供应装置被供应的、所述总燃料质量流率的作为所述引燃燃料质量流率的所述比例响应于所述正的负荷变化而降低。
6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在完成所述负荷接受时将供应给所述燃烧装置的、所述总燃料质量流率的作为所述引燃燃料质量流率的所述比例从所述新点移位到所述第三条线。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制器进一步被配置为：响应于所述负荷变化是对应于一个负荷拒绝的一种负的负荷变化，将供应给所述燃烧装置的、所述总燃料质量流率的作为所述引燃燃料质量流率的所述比例从所述第三条线上的所述初始点移位到在所述第三条线和所述第二条线之间的一个范围内的一个新点。
8.根据权利要求7所述的方法，其中经由所述第一燃料供应装置被供应的、所述总燃料质量流率的作为所述引燃燃料质量流率的所述比例响应于负的负荷变化而增加。
9.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括在完成所述负荷拒绝时将供应给所述燃烧装置的、所述总燃料质量流率的作为所述引燃燃料质量流率的所述比例从所述新点移位到所述第三条线。
10.一种用于一个燃气轮机的控制器，所述燃气轮机包括一个压气机、一个燃烧装置和一个燃料供应装置，所述压气机被布置为以转动速度运行，所述燃料供应装置包括一个第一燃料供应装置和一个第二燃料供应装置，其中所述压气机被布置为以稳定状态空气质量流率向所述燃烧装置提供空气，并且其中所述燃料供应装置被布置为以总燃料质量流率向所述燃烧装置供应燃料，其中所述控制器被配置为：
响应于由于所述燃气轮机的一个瞬态所致的一种负荷变化，在当前时间步长中控制所述燃料供应装置至少部分地基于所述燃烧装置质量流率、经由所述第一燃料供应装置供应所述总燃料质量流率的作为引燃燃料质量流率的比例，
其中经由所述第一燃料供应装置被供应给所述燃烧装置的、所述总燃料质量流率的作为所述引燃燃料质量流率的所述比例是在第一引燃阈值和第二引燃阈值之间的范围内，
其中所述第一引燃阈值对应于所述燃烧装置的一个引燃火焰的损失，
其中所述第二引燃阈值对应于所述燃烧装置的一个燃烧器的过热，其中所述第一引燃阈值针对所述燃气轮机被预定，
其中所述第二引燃阈值针对所述燃气轮机被预定，
其中所述控制器包括一个存储器，所述存储器存储指示根据燃烧装置质量流率供应给所述燃烧装置的、所述总燃料质量流率的作为所述引燃燃料质量流率的多个比例的多种关系的一个图，所述多种关系中的一个第一种关系包括指示所述第一引燃阈值的一条第一条线，所述多种关系中的一个第二种关系包括指示所述第二引燃阈值的一条第二条线，并且所述多种关系中的一个第三种关系包括指示根据对应于一个稳态燃烧装置质量流率的燃烧装置质量流率供应给所述燃烧装置的、所述总燃料质量流率的作为所述引燃燃料质量流率的比例的一条第三条线，其中所述控制器被配置为访问存储在所述存储器中的所述图，并且
其中所述控制器进一步被配置为：响应于所述负荷变化是对应于一个负荷接受的一种正的负荷变化，将供应给所述燃烧装置的、所述总燃料质量流率的作为所述引燃燃料质量流率的所述比例从所述第三条线上的一个初始点移位到在所述第三条线和所述第一条线之间的一个范围内的一个新点。
11.根据权利要求10所述的控制器，其中所述控制器被配置为在完成所述负荷接受时将供应给所述燃烧装置的、所述总燃料质量流率的作为所述引燃燃料质量流率的所述比例从所述新点移位到所述第三条线。
12.根据权利要求10所述的控制器，其中所述控制器进一步被配置为：响应于所述负荷变化是对应于一个负荷拒绝的一种负的负荷变化，将供应给所述燃烧装置的、所述总燃料质量流率的作为所述引燃燃料质量流率的所述比例从所述第三条线上的所述初始点移位到在所述第三条线和所述第二条线之间的一个范围内的一个新点。
13.根据权利要求12所述的控制器，其中所述控制器被配置为在完成所述负荷拒绝时将供应给所述燃烧装置的、所述总燃料质量流率的作为所述引燃燃料质量流率的所述比例从所述新点移位到所述第三条线。
14.一种有形的非瞬态计算机可读存储介质，被提供为在所述非瞬态计算机可读存储介质上记录有指令，所述指令由用于一个燃气轮机的一个控制器实施，以使得所述控制器执行控制所述燃气轮机的方法，所述方法是根据权利要求1至9中任一项所述的方法，所述燃气轮机包括一个压气机、一个燃烧装置和一个燃料供应装置，所述压气机被布置为以转动速度运行，所述燃料供应装置包括一个第一燃料供应装置和一个第二燃料供应装置，其中所述压气机被布置为以稳定状态空气质量流率向所述燃烧装置提供空气，并且其中所述燃料供应装置被布置为以燃料质量流率向所述燃烧装置供应燃料。
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