KR20120096056A - 가스 터빈용 배기 온도 기반 모드 제어 방법 및 가스 터빈 - Google Patents

Abstract

압축기, 연소기, 및 적어도 하나의 터빈을 포함하는 가스 터빈의 작동점을 제어하기 위한 방법 및 컴퓨터 판독형 매체와, 이러한 가스 터빈이 개시된다. 상기 방법은 터빈 압력비를 결정하는 단계와, 터빈 압력비의 함수로 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선을 연산하는 단계와, 상기 작동점과 연계된 배기 온도가, 동일한 터빈 압력비에 대하여 상기 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선의 배기 온도보다 높을 때를 제 1 시간에서 결정하는 단계와, 상기 제 1 시간으로부터 지정 시간 이후, 상기 작동점과 연계된 배기 온도가 상기 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선의 배기 온도보다 높은 상태를 유지할 경우, 연료 분배량을 제 1 값으로부터 제 2 값으로 변화시키는 단계를 포함한다.

Description

가스 터빈용 배기 온도 기반 모드 제어 방법 및 가스 터빈{EXHAUST TEMPERATURE BASED MODE CONTROL METHOD FOR GAS TURBINE AND GAS TURBINE}

본원에 개시되는 발명의 실시예들은 일반적으로 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 특히, 가스 터빈을 제어하기 위한 메커니즘 및 기술에 관한 것이다.

예를 들어, 발전소 또는 제트 엔진에 사용되는 터보기계류는 새로운 발견 및 더 우수한 재료에 기초하여 계속적으로 진화하고 있다. 추가적으로, 이러한 기계의 제작자들은 기계를 "환경친화적"으로 만들거나 개선시키도록, 즉, 작동 중 생성되는 오염물의 양을 줄이도록, 압력을 받고 있다.

따라서, 넓은 범위의 가스성 연료를 이용하기 위한 바램을 특별히 고려하는 터보기계류의 배기 배출을 저감시키기 위한 연구가 계속되고 있다. 이러한 요건에 부합하는 것은 특히, 이러한 장치들의 넓은 작동 범위를 고려할 때, 점점 어려워지고 있다. 이러한 조건 하에서, 성공적인 애플리케이션을 발전시키기 위해 정확한 터보기계 배기 온도 제어가 관련 인자가 되고 있다.

터보기계에 의해 생성되는 오염을 저감시키기 위한 한가지 접근법은 배기 온도 대 압축기 압력 비의 패러다임에 기초한다. 이러한 측면에서, 미국특허출원공보 제2008/0243352호는 전류 제어 시스템이, 가스 터빈의 안전하고 효율적인 작동을 제공하기 위해 연료 유동, 유입 가이드 날개(IGV: Inlet Guide Vanes), 및 다른 제어 입력을 조정하는 스케줄링 알고리즘을 수행할 수 있음을 기재하고 있고, 그 전체 내용은 본 발명에 포함된다. 가스 터빈 제어 시스템은, 스케줄링 알고리즘과 연계하여,요망 작동을 달성하기 위해 터빈 제어 세팅을 결정하는 작동 파라미터 및 세팅을 입력으로 수신할 수 있다. 측정되는 작동 파라미터는 압축기 유입 압력 및 온도, 압축기 유출 압력 및 온도, 터빈 배기 온도, 및 제너레이터 동력 출력을 포함할 수 있다. 요망되는 작동 세팅은 제너레이터 동력 출력 및 배기 에너지를 포함할 수 있다. 스케쥴(예를 들어, 배기 온도 대 압축기 압력비, 연료 분배비 대 연소 기준 온도, 유입 기류 가열(IBH: Inlet Bleed Heat) 대 IGV, 압축기 작동 임계 라인 대 교정 속도 및 유입 가이드 날개, 등)은 오프-라인 현장 검사 또는 실험실 데이터에 기초하여 알려진 작동 경계치(예를 들어, 배출량, 동역학, 희박-블로우-아웃(lean-blow-out), 압축기 서지, 압축기 아이싱, 압축기 틈새, 공기역학, 등)에 대해 터빈을 보호하도록 형성된다. 그 후 스케줄의 출력은 제어 시스템 입력의 적절한 조정을 결정한다. 제어 시스템에 의해 관리되는 전형적인 제어 입력은 연료 유동, 연소기 연료 분배("연료 분배비"(fuel split)로 불릴 수 있음), 압축기 유입 가이드 날개 위치, 및 유입 기류 가열 유동을 포함할 수 있다.

미국특허출원공보 제2008/0243352호의 도 1과 유사한 도 1은 압축기(12), 연소기(14), 압축기(12)에 연결된 터빈(16), 및 컴퓨터 제어 시스템(컨트롤러)(18)를 갖는 가스 터빈(10)의 일례를 도시한다. 압축기(12)에 대한 유입 덕트(20)는 압축기(12)에 주변 공기를 공급할 수 있다. 유입 덕트(20)는 유입구(20)를 통해 압축기(12)의 유입 가이드 날개(21) 내로 유동하는 주변 공기의 압력 손실에 기여하는 덕트, 필터, 스크린, 및 잡음 저감 장치를 가질 수 있다. 터빈용 배기 덕트(22)는 터빈(10)의 유출구로부터 예를 들어, 배출 제어 및 잡음 저감 장치를 통해 연소 가스를 지향시킨다. 유입 압력 손실 및 후방 압력의 양은, 구성요소의 추가로 인해, 그리고 유입구(20) 및 배기 덕트(22)의 먼지 막힘으로 인해, 시간에 따라 변할 수 있다. 터빈(10)은 전력을 생성하는 제너레이터(24)를 구동할 수 있다.

미국특허출원공보 제2008/0243352호에 기재된 바와 같이, 가스 터빈(10)의 작동은 터빈(10), 제너레이터, 및 주변 환경의 서로 다른 성능-관련 변수를 측정하도록 설계된 여러 개의 센서(26)에 의해 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 잉여 온도 센서(26)의 그룹들이 가스 터빈(10) 주위의 주변 온도, 압축기 배출 온도, 터빈 배기 가스 온도, 및 가스 터빈(10)을 통과하는 가스 스트림의 다른 온도 측정치를 모니터링할 수 있다. 마찬가지로, 잉여 압력 센서(26)의 그룹들은 가스 커빈(10)을 통과하는 가스 스트림의 다른 위치에서, 압축기 유입구 및 유출구 터빈 배기에서의 주변 압력, 및 정적 및 동적 압력 레벨을 모니터링할 수 있다. 잉여 습도 센서(26), 예를 들어 습구 및 건구 온도계의 그룹은 압축기(12)의 유입 덕트에서 주변 습도를 측정할 수 있다. 잉여 센서(26)의 그룹들은 가스 터빈(10)의 작동에 관한 다양한 파라미터를 감지하는 유동 센서, 속도 센서, 화염 검출기 센서, 밸브 위치 센서, 가이드 날개 각도 센서, 등을 또한 포함할 수 있다. 여기서 사용되는 바와 같이, '파라미터'라는 용어는 터빈의 지정 위치에서 온도, 압력, 및 가스 유동과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 터빈의 작동 조건을 규정하는 데 사용될 수 있는 품목을 의미한다.

미국특허출원공보 제2008/0243352A호에 또한 기재된 연료 제어 시스템(28)은 연료 공급원으로부터 연소기(14)로 유동하는 연료, 1차 및 2차 연료 노즐 내로 유동하는 연료 사이의 하나 이상의 분배율, 및 연소 챔버 내로 유동하는 2차 공기와 혼합된 연료의 양을 조절한다. 연료 제어 시스템(28)은 연소기에 대한 연료의 타입을 또한 선택할 수 있다. 연료 제어 시스템(28)은 별도의 유닛일 수도 있고, 메인 컨트롤러(18)의 구성요소일 수도 있다. 컨트롤러(18)는 조작자로부터의 지시 및 센서 입력을 이용하여 가스 터빈의 작동을 제어하기 위한 프로그램 및 작동을 실행하는 적어도 하나의 프로세서를 갖는 컴퓨터 시스템일 수 있다. 컨트롤러(18)에 의해 실행되는 프로그램 및 작동은 다른 것들 중에서도, 작동 파라미터의 감지 또는 모델링, 작동 경계치의 모델링, 작동 경계치 모델의 적용, 스케줄링 알고리즘의 적용, 및 경계치 상에서 루프를 닫기 위해 경계치 제어 로직 적용을 포함할 수 있다. 컨트롤러(18)에 의해 발생되는 명령에 따라, 가스 커빈 상의 액추에이터는, 예를 들어, 연소기로의 유동, 연료 분배량, 및 연료 타입을 조절하는, 연료 공급원과 연소기 사이의 밸브(액추에이터(27))를 조정할 수 있고, 압축기 상의 유입 가이드 날개(21)(액추에이터(29))를 조정할 수 있으며, 유입 기류 가열을 조정할 수 있고, 가스 터빈 상의 다른 제어 세팅을 활성화시킬 수 있다.

미국특허출원공보 제2002/0106001호 및 제2004/0076218호는 작동 유체 내의 수증기 함량이 설계값으로부터 실질적으로 변경됨에 따라 가스 터빈의 발화 온도 및 연소 기준 온도의 정확한 연산을 제공하기 위해 터빈 제어 알고리즘을 조정하기 위한 방법 및 시스템을 설명한다. 이러한 문헌들은 터빈 배기 온도 및 터빈 압력비를 이용한 발화 온도 제어를 개시한다.

그러나, 종래의 방법 및 시스템은 가스 터빈을 제어하는 능력에 제한이 있고, 따라서, 더 정확한 발화 온도 제어, 및/또는, 더 정확한 연소 파라미터 제어, 및/또는 더 정확한 배기 배출 제어를 얻기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다.

예시적인 일 실시예에 따르면, 압축기, 연소기, 및 적어도 하나의 터빈을 포함하는 가스 터빈의 작동점을 제어하기 위한 방법이 존재한다. 상기 방법은, 상기 터빈의 배기부에서 배기 압력 강하를 결정하는 단계와, 상기 압축기에서 압축기 배출 압력을 측정하는 단계와, 상기 배기 압력 강하 및 상기 압축기 배출 압력에 기초하여 터빈 압력비를 결정하는 단계와, 상기 터빈의 작동이 1차 모드와 희박-희박 모드 사이에서 변경되는 점을 포함하는 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선을 상기 터빈 압력비의 함수로 연산하는 단계와, 상기 작동점과 연계된 배기 온도가, 동일한 터빈 압력비에 대하여 상기 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선의 배기 온도보다 높을 때를 제 1 시간에서 결정하는 단계와, 상기 제 1 시간으로부터 지정 시간 이후, 상기 작동점과 연계된 배기 온도가 상기 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선의 배기 온도보다 높은 상태를 유지할 경우, 연료 분배량을 제 1 값으로부터 제 2 값으로 변화시키는 단계를 포함한다.

다른 예시적인 실시예에 따르면, 압축기, 연소기, 및 적어도 하나의 터빈을 포함하는 가스 터빈의 작동점을 제어하기 위한 컨트롤러가 존재한다. 상기 컨트롤러는, 상기 압축기에서 압축기 배출 압력을 측정하도록 구성되는 압력 센서와, 상기 압력 센서에 연결되는 프로세서를 포함한다. 상기 프로세서는, 상기 터빈의 배기부에서 배기 압력 강하를 결정하고, 상기 배기 압력 강하 및 압축기 배출 압력에 기초하여 터빈 압력비를 결정하고, 상기 가스 터빈의 작동이 1차 모드와 희박-희박 모드 사이에서 변경되는 점들을 포함하는 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선을 상기 터빈 압력비의 함수로 연산하고, 동일한 터빈 압력비에 대하여, 상기 작동점에 연계된 배기 온도가 상기 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선의 배기 온도보다 높을 때를 제 1 시간에서 결정하며, 상기 제 1 시간으로부터 지정 시간 이후에, 상기 작동점에 연계된 배기 온도가 상기 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선의 배기 온도보다 높게 유지될 경우 연료 분배량을 제 1 값으로부터 제 2 값으로 변경시키도록 구성된다.

또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 압축기, 연소기, 및 적어도 하나의 터빈을 포함하는 가스 터빈의 작동점을 제어하기 위한 방법을 구현하는 컴퓨터 실행가능 명령을 포함하는 컴퓨터 판독형 매체가 존재한다. 상기 방법은, 상기 터빈의 배기부에서 배기 압력 강하를 결정하는 단계와, 상기 압축기에서 압축기 배출 압력을 측정하는 단계와, 상기 배기 압력 강하 및 상기 압축기 배출 압력에 기초하여 터빈 압력비를 결정하는 단계와, 상기 터빈의 작동이 1차 모드와 희박-희박 모드 사이에서 변경되는 점들을 포함하는 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선을 상기 터빈 압력비의 함수로 연산하는 단계와, 상기 작동점과 연계된 배기 온도가, 동일한 터빈 압력비에 대하여 상기 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선의 배기 온도보다 높을 때를 제 1 시간에서 결정하는 단계와, 상기 제 1 시간으로부터 지정 시간 이후, 상기 작동점과 연계된 배기 온도가 상기 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선의 배기 온도보다 높은 상태를 유지할 경우, 연료 분배량을 제 1 값으로부터 제 2 값으로 변화시키는 단계를 포함한다.

명세서의 일부분에 포함되고 명세서의 일부분을 구성하는 첨부 도면은 하나 이상의 실시예를 제시하고, 상세한 설명과 함께, 이러한 실시예들을 설명한다.

도 1은 종래의 가스 터빈의 개략도,
도 2는 개시되는 발명의 실시예에서 고려되는 가스 터빈의 개략도,
도 3은 예시적인 실시예에 따른 터빈의 배기 온도 대 압력비의 변화를 나타내는 그래프,
도 4는 예시적인 실시예에 따른 가스 터빈의 작동점과 최적 작동점 사이의 관계를 나타내는 개략적인 도면,
도 5는 예시적인 실시예에 따른 배기 온도 대 터빈 압력비 평면의 개략도,
도 6은 예시적인 실시예에 따른 도 5의 평면에서 기준 배기 온도 곡선의 개략도,
도 7은 예시적인 실시예에 따른, 터빈에 대한 배기 온도 설정점을 연산하기 위한 단계를 나타내는 순서도,
도 8-10은 예시적인 실시예에 따른 가스 터빈의 다양한 작동 모드를 나타내는 개략도,
도 11은 예시적인 실시예에 따른 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 곡선을 연산하기 위한 단계들을 나타내는 순서도,
도 12는 예시적인 실시예에 따른 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환을 위한 연료 분배량 대 시간을 보여주는 그래프,
도 13은 예시적인 실시예에 따라, 배기 온도 대 터빈 압력비에 의해 규정되는 평면에서 터빈의 작동점의 궤적을 나타내는 그래프,
도 14는 예시적인 실시예에 따른 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환을 연산하기 위한 방법의 단계들을 나타내는 순서도,
도 15는 터빈을 제어하는 데 사용되는 컨트롤러의 개략도.

예시적인 실시예의 다음의 설명은 첨부 도면을 참조한다. 서로 다른 도면에서의 동일한 도면 부호는 동일한 요소 또는 유사한 요소를 나타낸다. 다음의 상세한 설명은 발명을 제한하지 않는다. 대신에, 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 규정된다. 다음의 실시예는 단순화를 위해, 단일 샤프트 가스 터빈 시스템의 용어 및 구조와 관련하여 설명된다. 그러나, 다음에 설명될 실시예는 이러한 시스템에 제한되지 않으며, 다른 시스템, 예를 들어, 멀티 샤프트 가스 터빈에 적용될 수 있다.

명세서에서 "실시예", 또는 "일 실시예"란, 하나의 실시예와 연계하여 설명되는 특정 특징부, 구조, 또는 특성이, 개시되는 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 명세서 내 다양한 곳에서 "실시예에서", 또는 "일 실시예에서"라는 용어의 등장은, 반드시 동일한 실시예를 의미하는 것이 아니다. 더욱이, 특정한 특징부, 구조, 또는 특성이 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.

도 1을 참조하여 앞서 설명한 바와 같이, 터빈(10)의 다양한 파라미터가 모니터링될 요망 양을 결정하기 위해 측정 및/또는 연산될 수 있다. 이러한 양은 터빈의 발화 온도다. 터빈의 발화 온도를 최적 범위 내에서 유지시킴으로써, 터빈의 작동이 매끄럽다고, 그리고, 제어 하에 있다고, 간주된다. 터빈의 발화 온도가 최적 범위를 벗어날 때, 컨트롤러(18)는 발화 온도를 조정하기 위해, 압축기의 공기 유량과, 따라서, 압축기 압력비를 변화시키도록 구성된다. 최적 범위를 벗어나도록 화염 온도를 결정할 수 있는 사건은 예를 들어, 가스 터빈의 부하 변경 또는 가스 연료 조성 변화다.

그러나, 다음에 설명될 새로운 실시예들은 가스 터빈을 제어하기 위해 종래의 패러다임에 의존하지 않고, 대신에, 예를 들어, 터빈 압력비에 기초하여 터빈의 배기 온도를 제어하는, 새로운 패러다임에 의존한다. 이러한 새로운 패러다임은 가스 터빈의 상태의 더 정확한 추정치를 제공하고, 또한, 가스 터빈의 기능 중 발생하는 변화, 예를 들어, 부하 변화에 더욱 민감하다.

터빈 압력비의 함수로 배기 온도 결정

예시적인 실시예에 따르면, 배기 온도는 터빈 압력비의 함수로 결정되고, 배기 온도는 가스 터빈의 효율적 작동을 보장(예를 들어, 기본 부하, 저부하, 고부하, 등을 수용)하기 위한 소정의 경계치 내에서 모니터링되고 유지된다. 배기 온도 및 터빈 압력비 결정에 관한 추가적인 세부사항은 도 2를 참조하여 다음에서 설명된다. 도 2는 유입 덕트(36)를 통해 유체(예를 들어, 공기)를 수용하도록 구성되는 압축기(32)를 갖는 가스 터빈(30)을 도시한다. 센서(34)는 압력, 온도, 습도, 등 중 적어도 하나를 측정하기 위해 유입 덕트(36)에 배치될 수 있다.

유체는 압축기(32)에 의해 압축되고, 압축된 유체는 공급 덕트(44)에 의해 공급되는 연료(가령, 천연 가스)와 혼합되기 위해, 경로(42)를 통해 연소기(40)에 전달된다. 압축된 유체 및/또는 연료의 특성을 측정하기 위해 연소기(40) 내에, 또는 주위에, 더 많은 센서(34)들이 배치될 수 있다. 연소기(40)에서 연소가 이루어지고, 이러한 연소는 압축된 유체 및 연료의 혼합물의 온도를 발화 온도로 상승시킨다. 연료는, 나중에 설명되는 바와 같이, 공급 덕트(44)를 통해 1차 및 2차 버너에 제공된다. 1차 및 2차 버너에 연료를 제공하기 위해 밸브(45a, 45b)가 사용된다. 1차 및 2차 밸브에 요망 비율의 연료를 제공하기 위해 밸브(45a, 45b)를 조정하도록 제어 유닛(70)이 또한 구성된다. 고에너지를 갖는 연소되는 가스의 유동은 덕트(52)를 통해 터빈(50)에 공급되고, 터빈(50)은 샤프트(56)를 이용하여 제너레이터(54)에 기계적으로 연결될 수 있다. 제너레이터(54)는 전력을 생성할 수 있다. 터빈(50)은 샤프트(58)를 통해 압축기(30)에 또한 기계적으로 연결되고, 따라서, 요구되는 구동 동력을 압축기(30)에 공급할 수 있다. 터빈(50)으로부터 유출 덕트(60)를 통해 배출 가스가 배출된다. 유입 덕트(52) 및 유출 덕트(60) 모두 센서(34)에 의해 모니터링될 수 있다.

센서(34)로부터의 데이터는 제어 유닛(70)에 제공된다. 제어 유닛(70)은 입력 포트(72)를 통해 추가 데이터를 수신할 수 있다. 제어 유닛(70)에 의해 연산되는 프로세스에 기초하여, 다양한 명령(예를 들어, 샤프트의 회전 속도, 등을 수정하기 위해 날개를 회전시키라는 명령)이 출력 포트(74)를 통해 가스 터빈(30)의 서로 다른 부분에 제공될 수 있다. 제어 유닛(70)의 상세한 구조는 나중에 설명된다.

예시적인 실시예에 따르면, 가스 터빈의 제안된 새로운 제어는, 유출구(60)에서 측정/결정되는 터빈 배기 온도(ttx) 대 압축기(32)의 배출 압력과 터빈(50)의 배기 압력 사이의 비로 측정/결정되는 터빈 압력비(tpr)에 기초한다. 도 2를 참조하면, 압축기(32)의 배출 압력이 점(80)에서 측정되고, 터빈(50)의 배기 압력이 점(60)에서 측정된다. 그러나, 예시적인 실시예에 따르면, 배기 압력은 연소기(40) 내부에서, 터빈(50)의 유입구에서, 또는 터빈(50) 내부에서, 측정/추정될 수 있다. 이러한 압력들은 나중에 더욱 상세하게 설명된다. ttx를 결정하기 위해 다음에 설명되는 특정 사항들은 설명을 위한 것인지 개시되는 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다.

도 3은 (ttx, tpr) 평면을 도시한다. 이 평면 내 각각의 점은 도 4에 도시되는 바와 같이 세트(A)에 속하는 것으로 간주될 수 있다. 세트(A)는 연소 모델에 기초하여 가스 터빈(30)에 대한 작동점을 포함하는 것으로 규정된다. 세트(A)는 점들의 서브세트(B)를 포함한다. 이러한 점들은 다음에 설명되는 바와 같이 결정되고, 가스 터빈(30)에 대한 최적 작동점으로 규정된다.

일정 발화 온도, 일정 속도, 일정 IGV 각도, 일정 공기의 비습, 및 일정 기류 조건에 대응하는 (ttx, tpr) 평면의 점들(즉, 세트(A)의 점들)은, 위쪽으로 오목한 형상을 가질 수 있는 곡선(90)에 의해 표시될 수 있다. 터빈 압력비(tpr)는 압축기 유입 온도와 함께 변화할 수 있다. tpr = tpr₀에서 최대 접촉 직선(92)을 갖는 포물선일 수 있는 곡선(90)에 근사할 때 나타나는 오차는 작고, tpr₀ 근처의 tpr의 값에 대해 무시될 수 있다. 당 업자라면 다른 근사 함수가 사용될 수 있음을 인지할 수 있을 것이다.

압축기 유입 온도, 압축기 속도, 및 IGV 각도를 점진적으로 변화시키면, 곡선(90)은 점진적으로, 예를 들어, 1차 도함수에 불연속성없이, 변화한다. 따라서, ttx에 기초하여 연산될 수 있는 일정한 발화 온도 자취가, 최대 접촉 직선(92)의 선형 보간에 의해 근사될 수 있다.

상술한 세트(B)의 점들에 기초하여, 나중에 설명될 함수(f)가 세트(C)에 속한 점들을 결정하기 위해 적용된다. 세트(C)의 점들은 제어 로직에 따른 가스 터빈 작동에 대한 설정점이다. 다시 말해서, 세트(C)에 속한 점들이, 다음에 설명되는 바와 같이, 연산되고, 가스 터빈(30)의 조작자는 세트(C) 내에서 가스 터빈을 유지하기 위해 일부 파라미터를 제어한다. 도 4는 이러한 개념을 나타낸다.

예시적인 실시예에 따르면, 함수(f)는 f = g·h·l로 규정될 수 있고, g, h, l은 수학적 함수 또는 연산자다. 예를 들어, g는 적절한 연료 특성과의 선형 보간일 수 있고, h는 IGV 각도 및 가스 터빈 속도의 이중 선형 보간일 수 있으며, l은 p·T^((1-γ)/γ) = 상수로 주어지는 폴리트로픽 교정(polytropic correction)일 수 있다. 도메인(B)을 설정하면, 도메인(C)은 함수(f)를 통해 완전히 규정된다. (B)의 국부적 변동(local perturbation)은 (C)의 국부적 변동을 생성한다. 응용 분야에 따라, 더 많거나 더 적은 함수 또는 서로 다른 함수가 함수(f)를 정의하는 데 사용될 수 있다. 다시 말해서, 앞서 설명한 g, h, l 함수 대신에, 다른 함수가 사용될 수 있고, 또는 함수의 개수가 다를 수 있다.

가스 터빈(30)의 효율적 작동을 위해 유지되는 것이 바람직한, 설정 ttx 온도의 결정이 지금부터 설명된다. 가스 터빈이 다음의 범위 내에서 작동한다고 가정한다: 주변 온도(tamb)에 대해 tamb_{i -1} ≤ tamb ≤ tamb_i를 고려하고, IGV 각도(igv)에 대해 igv_{j -1} ≤ igv ≤ igv_j를 고려하며, 가스 터빈 속도(tnh)에 대해 tnh_k-1 ≤ tnh ≤ tnh_k를 고려한다. 가스 터빈이 최적 발화 온도에서 제어된다고 또한 가정한다. 상기 범위에 기초하여, 가스 터빈의 작동점이 다음의 점들에 의해 형성되는 곡선에 의해 도 5에 도시되는 (ttx, tpr) 공간에 표시될 수 있다. 희박 연료 및 최저 주변 온도에 대해 4개의 점(A1-A4)이 존재하고, 희박 연료 및 최고 주변 온도에 대해 4개의 점(B1-B4)이 존재하며, 과농 연료 및 최저 주변 온도에 대해 4개의 점(C1-C4)이 존재하고, 과농 연료 및 최고 주변 온도에 대해 4개의 점(D1-D4)이 존재한다. 점들의 개수는 보간 함수의 속성에 따라 변할 수 있다.

희박 연료 및 과농 연료는 다음과 같이 규정된다. 산업용 응용 분야용 가스 터빈은 90%보다 높은 CH4 함량을 포함하는 천연 가스를 이용하고 있다. 천연 가스는 과농 가스 연료라고 간주된다. 비활성 가스, 예를 들어, 질소, 이산화탄소, 및 아르곤과 천연 가스를 혼합하면, 희박한 가스 연료, 즉, 낮은 LHV 값이 생성된다(LHV(Lower Heating Value of Gas)는 가스를 연소시킴으로써 가스의 단위 질량으로부터 얻을 수 있는 에너지의 양을 나타낸다). 과농 연료는 에탄, 프로판, 및/또는 부탄과 같은 중탄화수소와 천연 가스를 혼합함으로써 얻을 수 있다.

상술한 점들의 세트 각각에 대해, 중앙점(A5, B5, C5, D5)이 2개의 이중 선형 보간(상술한 함수(g))을 이용하여 연산된다. 이중 선형 보간은 규칙적인 그리드 상에서 2개의 변수의 함수를 보간하기 위한 선형 보간의 확장이다. 이중 선형 보간은 먼저 일 방향으로 선형 보간을 수행하고, 다시 다른 방향으로 보간을 수행한다. 점(A5, B5)은 희박 가스에 대한 온도 제어 곡선(100)을 형성하고, 점(C5, D5)은 과농 가스에 대한 온도 제어 곡선(102)을 형성한다. 상술한 바와 같이, 이중 선형 보간과는 다른 함수가 사용될 수도 있다.

ttx_{set point}는 LHV_{actual gas}, LHV_{rich gas}, 및 LHV_{lean gas}에 기초하여 2개의 제어 곡선(100, 102) 상에서 실제 압력비에 대응하는 2개의 좌표의 선형 보간(상술한 함수(h) 또는 다른 응용분야에서 다른 함수)을 이용함으로써 결정된다.

고려되는 파라미터의 다른 조건 및/또는 값들에 대해 더 많은 점들이 연산될 경우, 더 많은 ttx_{set point}가 결정될 수 있다. 이러한 점들 대 대응하는 tpr 비의 플롯은, 도 6에 도시되는 기준 배기 온도 곡선으로 나타난다. 기준 배기 온도 곡선(104)은 2개의 제어 곡선(10, 102) 사이에 놓인다. 예시적인 실시예에 따르면(도시되지 않음), 곡선(104)은 곡선(100, 102)에 평행하다.

ttx_{set point}를 연산하기 위한 단계들은 도 7에 도시되는 블록도에 제시될 수 있다. 이 도면에 따르면, 데이터 선택기 유닛(110)이 주변 온도(tamb), 날개의 회전 각도(igv), 샤프트의 회전 속도(tnh), 및 과농 가스 행렬 데이터를 입력으로 수신한다. 과농 가스 행렬 데이터의 예는 다음과 같다.

ttxr

그리고, 과농 가스에 대한 터빈 압력비 행렬은 다음과 같이 주어진다.

tprr

8개의 점(C1-C4 및 D1-D4)(도 5에 도시됨)은 데이터 선택기 유닛(110)에 의해 출력된다. 이 출력은 보간기 유닛(112)에 입력으로 제공된다. 희박 가스 행렬 데이터가 과농 가스 행렬 데이터 대신에 사용된다는 점을 제외하고는, 동일한 프로세스가 동일한 파라미터에 대해 데이터 선택기 유닛(114)에 의해 반복된다. 보간기(112, 116)로부터의 출력, 즉, 과농 가스 ttx 대 tpr 실제 제어 곡선과, 희박 가스 ttx 대 tpr 실제 제어 곡선이 2개의 ttx 설정점을 연산하기 위해 연산 유닛(118)에 입력으로 제공된다. 선형 보간기(120)는 2개의 ttx 설정점을 수신하고 이들을 보간하여 최종점 ttx_{set point}을 생성한다. 선형 보간기(120)의 출력에 기초하여, 발화 유닛(122)은 가스 터빈의 ttx_{set point}의 변화를 연산할 수 있다. 선형 보간기(120) 및 발화 유닛(122)은 연료 가스(LHV)에 관한 정보를 직접 수신할 수 있다.

ttx_{set point}를 가지면, 컨트롤러(7)를 프로그래밍하여 이 값을 모니터링하고 가스 터빈(30)의 다양한 파라미터(예를 들어, IGV의 각도, 연료량, 등)를 조정하여, 가스 터빈의 효율적 작동을 위해 지정 범위 내에서 ttx_{set point}를 유지할 수 있다. 단일 샤프트 가스 터빈이 사용되는 예시적인 일 실시예에서, ttx_{set point}는 IGV 각도를 제어함으로써 조정될 수 있다. 가스 터빈이 따르고자 하는 기준 배기 온도 곡선 ttxh(104)가 이제 연산된다.

가스 터빈 작동 파라미터를 식별하는 3개의 벡터를 고려해보자. 이 벡터는 tamb, igv, tnh이고, 이들은 주변 온도, IGV 날개의 각도, 및 샤프트의 회전 속도에 대응한다. 이러한 3개의 벡터에 대한 수학식은 다음과 같으며,

tamb = [tamb_i] = [tamb₁, tamb₂, ... , tamb₇]

이때, 인덱스 i는,

tamb ＜ tamb₂ 일 경우 2

tamb₂ ≤ tamb ＜ tamb₃ 일 경우 3

tamb₃ ≤ tamb ＜ tamb₄ 일 경우 4

tamb₄ ≤ tamb ＜ tamb₅ 일 경우 5

tamb₅ ≤ tamb ＜ tamb6 일 경우 6

tamb₆ ≤ tamb 일 경우 7

이때, tamb는 실제 주변 온도다.

igv 각도 벡터는 다음과 같이 규정되고,

igv = [igv_j] = [igv₁, igv₂, ... , igv₆]

이때, 인덱스 j는,

igv ＜ igv₂ 일 경우 2

igv₂ ≤ igv ＜ igv₃ 일 경우 3

igv₃ ≤ igv ＜ igv₄ 일 경우 4

igv₄ ≤ igv ＜ igv₅ 일 경우 5

igv₅ ≤ igv 일 경우 6

이때, igv는 실제 igv 각도이다.

tnh 샤프트 속도 벡터는 다음과 같이 규정되고,

tnh = [tnh_k] = [tnh₁, tnh₂, tnh₃, tnh₄]

이때, 인덱스 k는,

tnh ＜ tnh₂ 일 경우 2

tnh₂ ≤ tnh ＜ tnh₃ 일 경우 3

tnh₃ ≤ tnh 일 경우 4

이때, tnh는 실제 샤프트 속도 퍼센티지다. i, j, k의 값들은 응용예마다 다를 수 있고, 다수의 가능성을 포함할 수 있다.

4개의 3D 행렬은 기준 배기 온도 곡선 ttxh, 즉, 가스 터빈을 제어하기 위해 조작자에 의해 사용되는 기준 곡선을 연산하기 위해 도입된다. 예시적인 실시예에 따르면, ttxh는 최적의 ttx 및 tpr 값에서 가스 터빈이 작동하는 점들의 자취로 간주도리 수 있다. 4개의 행렬은 배기 온도 희박 연료 행렬(ttxl), 압력비 희박 연료 행렬(tprl), 배기 온도 과농 연료 행렬(ttxr), 및 압력비 과농 연료 행렬(tprr)이다. 이러한 행렬들의 원소가 다음과 같이 나열된다.

희박 연료의 경우, ttxl = [ttxl_{i ,j,k}]

희박 연료의 경우, tprl = [tprl_{i ,j,k}]

과농 연료의 경우, ttxr = [ttxr_{i ,j,k}]

과농 연료의 경우, tprr = [tprr_{i ,j,k}]

실제 작동 조건 tamb, igv, tnh가 tamb_{i -1} ≤ tamb ＜ tamb_i; igv_{j -1} ≤ igv ＜ igv_j; 및 tnh_{k -1} ≤ tnh ＜ tnh_k, 의 범위 내에 있다고 가정하면, 실제 기준 곡선 ttxh는 다음과 같이 주어지며,

ttxh = ttxha + Δttxh

이때, ttxha는 최적의 ttx 및 tpr 점에서 가스 터빈의 작동에 대한 기준 곡선을 형성하지만, 압축기 유입 압력 및 가스 터빈 배기 압력 강하를 또한 고려하며, Δttxh는 터빈의 유입 및 배기 압력 강하가 변하는 동안 최적 값에서 터빈 발화 온도를 유지하는 데 사용되는 ttxha의 교정치다.

기준 곡선 ttxha는 다음과 같이 규정되고,

ttxha = ttxhr·(LHV - LHVl)/(LHVr - LHVl) + ttxhl·(LHVr - LHV)/(LHVr - LHVl),

이때, ttxha를 규정하는 파라미터는 다음과 같이 규정되며,

ttxhr = ttxr_{i -1} + (ttxr_i - ttxr_{i -1})/(tprr_i - tprr_{i -1})·(tpr-tprr_{i -1}),

ttxhl = ttxl_{i -1} + (ttxl_i -ttxl_{i -1})/(tprl_i - tprl_{i -1})·(tpr-tprl_{i -1}),

LHV는 실제 연료의 저가열치이고, ,

LHVl는 희박 연료의 저가열치이며,

LHVr은 과농 연료의 저가열치다.

다음의 이중 선형 보간(Bilinear Interpolation)이 적용된다.

ttxl_{i -1} = BilinearInterpolation(ttxl_{i -1},_j-1,_k-1, ttxl_{i -1},_j,_k-1, ttxl_{i -1},_j,_k, ttxl_i-1,_j-1,_k, igv, tnh) =

ttxl_{i -1,j-1,k-1}·(igv_j - igv)/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh_k - tnh)/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

ttxl_{i -1,j, k-1}·(igv - igv_{j -1})/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh_k - tnh)/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

ttxl_{i -1,j,k}·(igv - igv_{j -1})/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh - tnh_{k -1})/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

ttxl_{i -1,j-1,k}·(igv_j - igv)/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh - tnh_{k -1})/(tnh_k - tnh_{k -1}),

ttxl_i = BilinearInterpolation(ttxl_{i ,j-1,k-1}, ttxl_{i ,j,k-1}, ttxl_{i ,j,k}, ttxl_{i ,j-1,k}, igv, tnh) =

ttxl_{i ,j-1,k-1}·(igv_j - igv)/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh_k - tnh)/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

ttxl_{i ,j, k-1}·(igv - igv_{j -1})/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh_k - tnh)/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

ttxl_{i ,j,k}·(igv - igv_{j -1})/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh - tnh_{k -1})/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

ttxl_{i ,j-1,k}·(igv_j - igv)/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh - tnh_{k -1})/(tnh_k - tnh_{k -1}),

tprl_{i -1} = BilinearInterpolation(tprl_{i -1,j-1,k-1}, tprl_{i -1,j,k-1}, tprl_{i -1,j,k}, tprl_{i -1,j-1,k}, igv, tnh) =

tprl_{i -1,j-1,k-1}·(igv_j - igv)/(igv_j- igv_{j -1})·(tnh_k - tnh)/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

tprl_{i -1,j,k-1}·(igv - igv_{j -1})/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh_k - tnh)/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

tprl_{i -1,j,k}·(igv - igv_{j -1})/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh - tnh_{k -1})/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

tprl_{i -1,j-1,k}·(igv_j - igv)/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh - tnh_{k -1})/(tnh_k - tnh_{k -1}),

tprl_i = BilinearInterpolation(tprl_{i ,j-1,k-1,} tprl_{i ,j,k-1,} tprl_{i ,j,k,} tprl_{i ,j-1,k,} igv, tnh)=

tprl_{i ,j-1,k-1}·(igv_j - igv)/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh_k - tnh)/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

tprl_{i ,j, k-1}·(igv - igv_{j -1})/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh_k - tnh)/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

tprl_{i ,j,k}·(igv - igv_{j -1})/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh - tnh_{k -1})/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

tprl_{i ,j-1,k}·(igv_j - igv)/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh - tnh_{k -1})/(tnh_k - tnh_{k -1}),

ttxr_{i -1} = BilinearInterpolation (ttxr_{i -1,j-1,k-1}, ttxr_{i -1,j,k-1}, ttxr_{i -1,j,k}, ttxr_i-1,j-1,k, igv, tnh)=

=ttxr_{i -1,j-1,k-1}·(igv_j - igv)/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh_k - tnh)/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

ttxr_{i -1,j,k-1}·(igv - igv_{j -1})/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh_k - tnh)/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

ttxr_{i -1,j,k}·(igv - igv_{j -1})/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh - tnh_{k -1})/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

ttxr_{i -1,j-1,k}·(igv_j - igv)/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh - tnh_{k -1})/(tnh_k - tnh_{k -1}),

ttxr_i = BilinearInterpolation(ttxr_{i ,j-1,k-1}, ttxr_{i ,j,k-1}, ttxr_{i ,j,k}, ttxr_{i ,j-1,k}, igv, tnh)=

ttxr_{i ,j-1,k-1}·(igv_j - igv)/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh_k - tnh)/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

ttxr_{i ,j,k-1}·(igv - igv_{j -1})/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh_k - tnh)/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

ttxr_{i ,j,k}·(igv - igv_{j -1})/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh - tnh_{k -1})/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

ttxr_{i ,j-1,k}·(igv_j - igv)/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh - tnh_{k -1})/(tnh_k - tnh_{k -1}),

tprr_{i -1} = BilinearInterpolation(tprr_{i -1,j-1,k-1}, tprr_{i -1,j,k-1}, tprr_{i -1,j,k}, tprr_{i -1,j-1,k}, igv, tnh)=

tprr_{i -1,j-1,k-1}·(igv_j - igv)/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh_k - tnh)/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

tprr_{i -1,j,k-1}·(igv - igv_{j -1})/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh_k - tnh)/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

tprr_{i -1,j,k}·(igv - igv_{j -1})/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh - tnh_{k -1})/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

tprr_{i -1,j-1,k}·(igv_j - igv)/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh - tnh_{k -1})/(tnh_k - tnh_{k -1}),

tprr_i = BilinearInterpolation(tprr_{i ,j-1,k-1}, tprr_{i ,j,k-1}, tprr_{i ,j,k}, tprr_{i ,j-1,k}, igv, tnh)=

tprr_{i ,j-1,k-1}·(igv_j - igv)/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh_k - tnh)/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

tprr_{i ,j,k-1}·(igv - igv_{j -1})/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh_k - tnh)/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

tprr_{i ,j,k}·(igv - igv_{j -1})/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh - tnh_{k -1})/(tnh_k - tnh_{k -1}) +

tprr_{i ,j-1,k}·(igv_j - igv)/(igv_j - igv_{j -1})·(tnh - tnh_{k -1})/(tnh_k - tnh_{k -1})

교정치 Δttxh는 다음과 같이 주어지고,

Δttxh = ttxh·((pamb_actual+Δp_{exhaust ref})/(pamb_actual+Δp_exhaust))^{(γ/(1-γ))-1)} +

((pamb_actual - Δp_{inlet ref})/(pamb_actual - Δp_inlet))^{(γ/(1-γ)-1)}),

이때, γ = a· tpr + b 이고, a와 b는 상수이며, γ는 가스 터빈 폴리트로픽 팽창 (p· t^((1-γ)/γ) = 일정)에 부합하도록 구성된다.

교정치 Δttxh는 다른 것들 중에서도, 실제 가스 터빈 배기 및 유입 압력 강하를 고려한다. 가스 터빈 온도 제어 곡선(예를 들어, ttxh)가 기준 배기 압력 강하 Δp_{exhaust ref}와 기준 유입 압력 강하 Δp_{inlet ref}에 의존하기 때문에, 예를 들어, 함수 Δttxh를 이용함으로써 서로 다른 배기 및 유입 압력 강하에 대해 이러한 곡선들을 교정할 수 있다.

실제 유입 압력 강하 값 Δp_{inlet act}는 압축기의 입력에서 드리프트의 양으로 인해 추정되는 대신에 측정될 수 있다. 다시 말해서, 압축기 유입 시스템 압력 강하는 유동 조건 및 유입 필터의 먼지에 따라 좌우되고, 이러한 주기적인 먼지 증착 및 제거는 시간에 따른 유입 압력 강하의 예측불가능한 가변성을 야기할 수 있다. 일 구현예에서, LHV 신호가 예를 들어, 열량계 고장 또는 눈금 조정 문제로 인해, 가용하지 않을 경우, 컨트롤러(70)는 실제 LHV보다 우선하여 LHV_default를 이용하도록 구성될 수 있다.

상기 이중 선형 보간, 선형 보간, 및 폴리트로픽 팽창은, 상술한 바와 같이 가스 터빈의 파라미터, 예를 들어, 허용 범위의 다양한 지점 i, j, k에서의 IGV 각도 및 샤프트 회전 속도에 적용될 때, 기준 곡선 ttx 상의 ttx_{set point}를 발생시킨다. 예시적인 일 실시예에서, 복수의 ttx_{set point}가 다양한 조건에서 가스 터빈에 대해 연산되고, 모든 이러한 점 ttx_{set point}는 ttxh 곡선의 일부분이다. 다른 기준 곡선들도, 다음에 설명되는 바와 같이, ttxh로부터 결정될 수 있다. 이러한 추가적인 기준 곡선들도 가스 터빈의 작동을 제어하는 데 사용될 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 기준 배기 온도 대 압축기 압력비 곡선 TTRX를 이용하여 가스 터빈을 제어할 수 있다. TTRX 곡선은 TTRX = Min(Isotherm_NO, ttxh)로 규정될 수 있고, Isotherm_NO는 정상 작동 조건에서 가스 터빈의 등온선으로 규정된다. 일 구현예에서, Isotherm_NO는 터빈의 로터가 노출될 수 있는 최대 온도를 나타낸다. 배기 온도 대 IGV에 대한 제어 곡선은 TTRXGV = TTRX로 규정될 수 있다. 배기 온도 대 연료에 대한 제어 곡선은 피크 부하 모드가 오프일 경우 TTRXB=TTRXB_NO로, 피크 부하 모드가 온일 경우 TTRXB = TTRXB_PK로 규정될 수 있다. 피크 부하 모드는 일정 작동 조건(주변 온도, 압력, 샤프트 속도, IGV 위치, 및 연료 가스 조정)에서 작동하고 정상치보다 높은 동력을 전달하는 가스 터빈으로 규정된다. 이 조건은 가스 터빈의 작동 발화 온도가 정상 온도보다 높을 때 이루어진다. TTRXB_NO는 TTRX + MIN((IGV_max - IGV_{set point})·Δ1·Δ2)로 주어지고, 이때, Δ2는 Min 함수의 값을 제한하는 값이고, TTRXB_PK는 MIN(Isotherm_PK, ttxh + ΔPK)로 주어진다.

ΔPK는 다음과 같이 주어지고,

ΔPK = Δttxr·(LHV-LHVl)/(LHVr-LHVl) + Δttxl·(LHVr-LHV)/(LHVr-LHVl)

LHV는 실제 연료의 최저가열치이고,

LHVl은 희박 연료의 최저 가열치이며,

LHVr은 과농 연료의 최저 가열치다.

IGV를 통한 상기 배기 온도 제어 및 연료 곡선을 통한 배기 온도 제어는 다음과 같이 가스 터빈의 제어에 사용될 수 있다. 가스 터빈은 예를 들어, 터빈의 샤프트 속도, (압축기에 제공되는 공기의 양을 직접 제어하는) IGV의 각도, 연소기에 제공되는 연료의 양, 연소기에 제공되는 연료/공기의 비, 등을 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 단일 샤프트 가스 터빈의 경우에, 가스 터빈의 작동을 제어하기 위해, 즉, (ttx 대 tpr 평면에서) 앞서 연산한 ttxh 곡선 상에서 ttx_{act point}를 유지하기 위해, 먼저 IGV의 각도가 사용된다. 다시 말해서, 실제 ttx_{act point}가 가스 터빈의 다양한 조건으로 인해 ttxh 곡선으로부터 벗어날 때, 제 1 제어는 가스 터빈의 ttx_{act point}를 ttx_{set point}로 옮기기 위해 IGV의 각도를 조정한다. 그러나, 이러한 제어는 포화점, 즉, IGV의 각도가 더이상 변화할 수 없거나 더이상 변화하길 원치않는 점에 도달할 수 있다. 이 점에서, 가스 터빈에 제공될 연료의 양은 ttx_{act point}가 ttx_{set point}와 일치하게 될 때까지 변화할 수 있다. 이러한 제어가 포화되면, 압축기에 의해 제공되는 연료와 연소기 내로 분사되는 연료 사이의 비율을 변경할 수 있고, 따라서, 연료 유량을 제한할 수 있고, 추가적으로, ttx_{act point}를 조절할 수 있다.

ttx 대 tpr 평면에서 ttxh 곡선을 완전히 결정하기 위해, 터빈 압력비(tpr)의 결정을 다음에 설명한다. 가스 터빈 배기 압력은 측정하는 것보다 추정하는 것이 덜 어렵다. 터빈 압력비(tpr)에 관련된 압력이 측정될 수 있으나, 다음에 설명되는 바와 같이 tpr 연산이 tpr 측정보다 정확하기 때문에, tpr을 연산하는 것이 선호된다. 이러한 측면에서, 가스 터빈의 (80) 및 (60) 위치에서 와류가 나타날 수 있고, 이는 와류가 작은 거리 사이에서 변화할 수 있기 때문에 측정된 압력을 덜 정확하게 한다. 추정은 연료 압력 강하, 배기 가스 데이터, 및 주변 압력의 특성에 기초하여 수행될 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 터빈 압력비(tpr)는 추정 배기 압력 강하 및 절대 압축기 배출 압력에 기초하여 결정된다. 일 실시예에서, 점(60)(도 2 참조)에서 배기 압력 강하가 결정되고 점(80)(도 2 참조)에서 절대 압축기 배출 압력이 결정된다. 다른 실시예에서, 복수의 스테이지를 갖는 압축기의 경우에, 절대 압축기 배출 압력은 최종 스테이지의 하류에 위치한 배출 디퓨저 다음에 결정된다. 본 예시적인 실시예에 따르면, 절대 압축기 배출 압력이 측정된다.

예시적인 실시예에 따르면, 배기 압력 강하는 2개의 항, 즉, 터빈(50)의 연도(flue)에서의 매스(mass) 유동으로 인한 압력 강하와, 연돌 효과(chimney effect)로 인한 압력 회복에 의해 구성된다. 연돌 효과는 가스 터빈 배기와 대기로의 연도 배출 사이에 높이 차가 있을 경우 나타날 수 있다. 제 1 항은 a_a·ρ_exhaust·v²으로 주어지고, 제 2 항은 (ρ_air-ρ_exhaust)·Δh로 주어진다. 본 연산에 사용되는 각각의 상수, 파라미터, 및 변수의 의미는 나중에 제시된다. 따라서, 연도 내 유동 매스로 인한 총 배기 압력 강하는 다음과 같이 표현될 수 있고,

Δp_exhaust = a_a·p_exhaust·v² - (ρ_air-ρ_exhaust)·Δh

이는 다음과 같이 다시 표현될 수 있다.

이 식을 단순화하기 위해, 배기 압력 강하가 주변 압력의 작은 일부분에 불과하다고 가정함에 따라, 연도 내 가스의 밀도 ρ가 실제 배기 압력 강하에 대해 독립적이고 배출 압력(여기서, 주변 압력에 해당함)에만 의존한다고 가정한다. 따라서, 이러한 단순화에 의해 나타나는 오차는 무시될 수 있다. 배기 가스 밀도 ρ_exhaust는 다음과 같이 표현될 수 있다.

주변 공기 밀도는 다음과 같이 표현될 수 있고,

이때, ρ_exhaust는 ttx_act 온도 및 pamb_act 주변 압력에서 배기 가스의 밀도이고,

ρ_{exhaust ref}는 ttx_ref 온도 및 pamb_ref 주변 압력에서 배기 가스의 밀도이며,

ρ_air는 실제 압력 및 온도에서 주변 공기의 밀도이고,

ρ_{air ref}는 기준 압력 및 온도에서 주변 공기의 밀도이며,

Δh는 대기로의 연도 배출과 가스 터빈 배기 사이의 높이 차이고,

v는 연도 내 배기 속도이며,

ttx_ref는 기준 배기 온도이고,

ttx_act는 실제 배기 온도이며,

pamb_ref는 기준 주변 압력이고,

pamb_act는 실제 주변 압력이며,

Wexhaust_act는 실제 배기 가스 매스 유량이고,

a는 특정 배기 덕트에 대해 일반적인 상수다.

본 예시적인 실시예에서, 배기 가스 조성은 예혼합 모드 작동에 걸쳐 실질적으로 일정하다고 가정하였으며, 따라서, 그 밀도는 주어진 온도에서 실질적으로 일정하다고 가정하였다.

배가 가스 매스 유량은 다음과 같이 추정될 수 있다. 압축기 공기 매스 유량이 압축기 압력비에 독립적이라고 가정하며, 이는 이러한 가정에 의해 나타나는 오차가 배기 압력 강하 추정 목적에 비추어 무시할만한 수준이기 때문이다. 가스 터빈의 축방향 압축기 공기 매스 유량은 다음의 전달 함수에 의해 추정될 수 있고,

이때,

일 경우,

일 경우,

a_i와 a_ij는 응용예별 상수다.

가스 터빈에 IBH 시스템이 장착되기 때문에, 소정의 부분 부하 작동 조건에서, 압축기의 공기 매스 유량 중 일부분이 재순환되고 배기 덕트로 들어가지 않는다. 게다가, 연료 가스 매스 유량은 완전히 배기 덕트를 통해 유입된다. 따라서, Wexhaust_act = Wair_act·(1-IBH_fraction) + Wfuel_act 다. 본 예시적인 실시예에서, 베어링으로의 공기는 냉각 송풍기로부터의 공기를 보상한다고 가정하였다.

가스 터빈이 배기 온도 제어 상에 있고 연료/공기 매스비가 특정 연료 가스 조성에 대해 실질적으로 일정할 때, 연료/공기 매스 유량비는 다음과 같이 평가될 수 있다.

IBH_fraction은 시스템이 고장이 아닌 경우에 제어판에 의해 발생되어 제어되는 설정점이다. 그 후, 배기 매스 유량이 다음과 같이 평가될 수 있다.

습윤 공기의 비중 SG_ha는 다음과 같이 비습에 기초하여 평가될 수 있다.

이 최종식을 ρ_ha와 곱하면, 다음의 식을 얻는다.

, 이때,

이고,

따라서,

또는,

이 최종식을 m_ha로 나누면,

또는,

최종적으로,

비습 신호가 가용하지 않거나 송신기가 고장 모드에 있을 경우, 비습 신호는 표 1에 도시되는 데이터의 보간에 의해 발생되는 비습 대 주변 온도의 곡선으로 대체할 수 있다.

shdefault 평균 공기 비습 대 주변 온도
tamb	tamb1	tamb2	...	...	...	tamb6	tamb7
shi	sh1	sh2				sh6	sh7

다음의 표기법이 위 연산에 사용되었다.

pinlet_act는 압축기 유입구에서 실제 공기 압력이고,

pinlet_ref는 압축기 유입구에서 기준 공기 압력이며,

tamb는 주변 온도이고,

tinlet_act는 압축기 유입구에서 실제 공기 온도이고, 적어도 2개의 온도계를 이용하여 측정될 수 있어서, 온도계의 최대 판독치가 tinlet_act로 간주되고, 또는, 하나의 온도계가 고장이고 및/또는 판독치의 차이가 너무 클 때(가령, 10F), tamb는 tinlet_act로 간주되며,

tinlet_ref는 압축기 유입구에서 기준 공기 온도이며,

tnh_act는 압축기 실제 속도이고,,

tnh_ref는 압축기 기준 속도이며,

igv_act는 실제 igv 각도이고,

igv_ref는 기준 igv 각도이며,

Wair_act는 압축기 유입구에서 실제 공기 매스 유량이고,

Wair_ref는 압축기 유입구에서 기준 공기 매스 유량이며,

Wexhaust_act는 실제 배기 가스 매스 유량이고,

Wfuel_act는 연료 매스 유량이며,

IBH_fraction은 압축기 배출로부터 불어오는 공기의 분율이고,

fa_{ratio ref}는 기준 연료/공기 매스 비이며,

LHV_ref는 기준 가스 연료의 LHV이고,

LHV_act는 실제 가스 연료의 LHV이며,

sh는 공기 비습이고,

SG_xx는 xx의 비중이며(아래의 첨자 리스트 참조),

ρ_xx는 xx의 밀도이고(아래의 첨자 리스트 참조),

m_xx는 xx의 질량이며(아래의 첨자 리스트 참조),

Vxx는 xx의 부피이고(아래의 첨자 리스트 참조),

ha는 습윤 공기이며,

wv는 수증기이고,

da는 건조 공기다.

비중, 압축기를 통한 매스 유량, 및 상술한 바와 같은 다른 파라미터를 연산한 후, 터빈 압력비(tpr)를 이제 연산할 수 있다. tpr을 연산하기 위한 알고리즘은 다음과 같이 요약될 수 있다.

- sh 신호가 유효하고 가용할 경우 SG_wv/((1-sh)·SG_wv + sh), sh 송신기 신호가 고장일 경우 sh_default가 되도록 SG_ha를 연산하고,

- x = igv_act / igv_ref, y = tnh_act / tnh_ref·(tinlet_ref / tinlet_act)^0.5, z = tnh_act / tnh_ref·(tinlet_ref / tinlet_act)로 가정하며,

- f₀ = a₀·y³ + b₀·y² + c₀·y,

- f₁ = a₁·y³ + b₁·y² + c₁·y,

- f₂ = a₂·y³ + b₁·y² + c₂·y,

- f₃ = a₃·y³ + b₁·y² + c₃·y,

- f4 = a₄₁·z³ + b₄₁·z² + c₄₁·z + d₄₁ (tnh_act / tnh_ref ＜ tnh_threshold일 경우)

- a₄₂·z³ + b₄₂·z² + c₄₂·z + d₄₂ (tnh_act / tnh_ref = tnh_threshold일 경우)

- Wair_act = SG_ha·pinlet_act / pinlet_ref·(f₃·x³ + f₂·x² + f₁·x + f₀)·f₄·Wair_ref·k 로 정의하며,

- Wexhaust_act = Wair_act·(1-IBH_fraction)·(1 + fa_{ratio ref}·LHV_ref / LHV_act)로 평가하고,

- ρ_ir = ρ_{ir ref}·tamb_ref / tamb_act·pamb_act / pamb_ref 를 연산하고,

- ρ_xhaust = ρ_{xhaust ref}·ttx_ref / ttx_act·pamb_act / pamb_ref 를 연산하며,

- Δp_exhaust = a_a·ρ_exhaust·v² - (ρ_air - ρ_exhaust)·Δh 를 연산하고,

- tpr = cpd / (pamb_act + Δp_exxhaust)를 평가하며, 이때, cpd는 본 구현예에서 측정되는 절대 압축기 배출 압력이다.

따라서, ttxh 곡선(104)(도 6 참조)은 이 스테이지에서 완전하게 결정된다. 가스 터빈에 대한 온도 제어 곡선이 기준 배기 압력 강하 Δp_{exhaust ref} 및 기준 유입 압력 강하 Δp_{inlet ref} 에 대해 설정되면, 앞서 이미 설명한 바와 같이, 교정치 Δttxh를 이용함으로써, 서로 다른 배기 및 유입 압력 강하(예를 들어, 실제 값)에 대해 온도 제어 곡선을 교정할 수 있다.

상술한 온도 제어 로직의 하나 이상의 장점이 이제 설명된다. 가스 터빈을 제어하기 위해 앞서 발전시킨 전체 과정이 행렬에 기초하기 때문에, 이 과정은 유연하며, 사이트 튜닝(site tuning)이 용이하다. 이 과정은 실제 연료의 HLV(또는, 차별적으로 명시될 경우, 다른 연료 특성)에 기초하여, 정상 및 피크 부하 작동 중 제어되는 배기 온도를 바이어스시킬 수 있다. 이러한 바이어스에 기초하여, 오염물 배출, 연소 동역학, 및 연소기의 턴 다운 마진(turn down margin)을 더 우수하게 제어할 수 있다.

피크 모드가 가동되면, 기본 부하 동력이 종동 기계의 동력 수요를 커버하기에 충분할 경우 가스 터빈이 정상 점화 온도에 머무를 수 있고, 기본 부하 동력이 종동 기계의 동력 수요를 커버하지 못할 경우 가스 터빈은 과-점화 상태에 머무를 수 있다. 피크 발화치가 연료 특성에 의해 바이어스될 수 있다. 피크 모드가 항상 가동되도록 관리하는 "스마트" 거동에 기초하여, 변형 웨버 지수(MWI: Modified Webbe Index) 기반 부하의 변형의 경우에 가스 터빈을 더욱 반응성이 되도록 설정할 수 있고, 및/또는, 임의의 작동점으로부터 시작하여 더 큰 부하 스텝-업을 착수할 수 있다(최대 운전 예비력).

MWI는 LHV_gas / (SG_gas·T_gas)^0.5에 의해 주어지며, LHV_gas는 가스의 저가열치이고, SG_gas는 가스의 비중이며, T_gas는 연료 가스의 온도이다.

작동 모드 변화를 결정하기 위한 임계치 연산

상술한 예시적인 실시예들은 배기 온도 기준 곡선에 기초한 가스 터빈의 제어를 설명하였다. 그러나, 가스 터빈의 개선된 제어의 경우에, 다른 파라미터 및 곡선이 연산될 수 있다. 다음에 설명되는 이러한 하나의 예는, 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 곡선(ttxth)이다.

ttxth 곡선을 연산하기 전에, 가스 터빈의 모드들이 설명된다. 그러나, 모드를 더 잘 이해하기 위해, 가스 터빈에 관한 다음의 설명이 적절하다고 판단된다. 예시적인 실시예에 따르면, 도 2에 도시되는 연소기(40)는 도 8에 도시되는 구조를 갖는다. 구체적으로, 연소기(40)는 1차 버너(112) 및 적어도 하나의 2차 버너(114)를 덮는 벽체(110)를 가질 수 있다. 하나 이상의 2차 버너(114)가 사용될 수 있다. 1차 및 2차 버너(112) 모두가 대응하는 연료 공급 라인(116, 118)을 통해 하나 이상의 연료 공급원(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 1차 버너(112)는 1차 영역(120)에 연료를 분사하고, 1차 영역(120)에서는 연료가 압축기(32)에 의해 공급되는 유체(예를 들어, 공기, 산소, 등)와 접촉하여 점화되어, 1차 영역(120)에서 화염(124)을 생성하게 된다. 2차 버너(114)는 2차 영역(126)에 연료를 분사하고, 2차 영역(126)에서는 압축기로부터의 유체의 존재 하에 2차 버너(114)로부터 추가적인 연료의 점화가 이루어져서 추가적인 화염이 생성될 수 있다.

가스 터빈의 작동 모드는 메인 모드와 서브 모드로 나누어질 수 있다. 메인 모드는 1차 및/또는 2차 버너에 공급되는 연료의 양과, 점화가 이루어지는 영역을 특징으로 한다. 메인 모드는 1차 모드, 희박-희박 모드, 및 예혼합 모드다. 응용예, 터빈 타입, 등에 따라 다른 모드가 규정되고 사용될 수 있다. 1차 모드는 도 8에 도시되며, 연료의 절반 이상이 1차 버너(112)로 공급되고 대부분의 화염이 1차 영역(120)에 존재하는 것을 특징으로 한다. 2차 버너(114)에는 소량의 연료만이 공급되거나 연료가 전혀 공급되지 않는다. 일 구현예에서, 전체 연료가 1차 버너로 공급되고 2차 버너에는 연료가 공급되지 않는다. 1차 모드는 가스 터빈이 시동되거나 제 1 지정 퍼센티지의 기본 부하로 로딩될 때 사용된다. 제 1 지정 퍼센티지는 응용예에 따라 좌우된다. 예시적인 일 실시예에서, 제 1 지정 퍼센티지는 기본 부하의 대략 20%다. 1차 모드는 확산 화염 모드다(즉, 연료가 점화 전에 산화제(예를 들어, 공기)와 예혼합되지 않는다). 이는 연료가 점화 전에 산화제와 예혼합되는 예혼합 모드와 대조된다. 희박-희박 모드는 확산 화염 모드에서 작동하는 버너와 예혼합 모드에서 작동하는 버너를 포함할 수 있다.

가스 터빈의 작동 모드는 부하가 제 1 지정 퍼센티지에 비해 증가하여 부하가 제 1 지정 퍼센티지와 제 2 지정 퍼센티지 사이에 있을 때 희박-희박 모드로 변화한다. 예시적인 일 실시예에서, 제 2 지정 퍼센티지는 75%이지만, 응용예에 따라 다른 값을 취할 수도 있다. 또한, 희박-희박 모드의 경우에, 2차 버너(114)는 도 9에 도시되는 바와 같이 활성화되어, 약 60%의 연료가 1차 버너로 공급되고 약 40%의 연료가 2차 버너로 공급된다. 그러나, 이러한 퍼센티지들은 설명을 위한 것일 뿐, 응용예마다 달라질 수 있다. 이러한 모드의 경우에, 1차 영역(120)과 2차 영역(126) 모두에 화염이 존재한다.

가스 터빈의 모드는 부하가 제 3 지정 퍼센티지(예를 들어, 약 80% 내지 100%)로 증가할 때 예혼합 모드로 또한 변화한다. 이 스테이지에서, 대부분의 연료는 1차 버너(112)에 제공되고, 나머지 연료는 2차 버너(114)에 제공된다. 그러나, 도 10에 도시되는 바와 같이 1차 영역(120)으로부터 2차 영역(126)으로 화염이 이동하였음을 주목하여야 한다. 이 모드에서, 가스 터빈은 최저 배출물, 즉, 낮은 NOx/CO 오염물을 갖도록 작동한다.

앞서 설명한 메인 모드의 관련 서브 모드들은 희박-희박 모드의 경우 (1) 희박-희박 예충전, (2) 희박-희박 천이, 및 (3) 희박-희박 정상 상태와, 예혼합 모드의 경우 (1) 예혼합 2차, (2) 예혼합 천이, 및 (3) 예혼합 정상 상태다. 각각의 모드 및 서브모드는 그 활성화를 트리거링하는 구체적 조건들을 갖는다. 한번에 한 작동 모드만이 활성일 수 있다.

그 다음, 1차 모드로부터 희박-희박 모드로 천이하기 위한 임계 곡선(ttxth)를 연산하는 방법을 설명한다. 희박-희박 모드로부터 예혼합 모드로의 전환 임계치는 도 5 및 도 6을 참조하여 앞서 연산한 ttxh 곡선에 기초한다. 임계 곡선 ttxth는 ttxh 곡선과 유사하게 연산된다(즉, tamb, igv, 및 tnh 벡터가 이러한 파라미터의 다양한 범위에 기초하여 규정되고, 터빈 배기 온도 및 압력 비를 식별하는 3차원 행렬 ttxtl , tprtl , ttxtr, 및 tprtr이 발생되며, 실제 임계 곡선 ttxth는 식 ttxth = ttxtha + Δttxth에 기초하여 연산된다. 수학적 과정 측면에서, ttxh 및 ttxth 사이의 차이는 추가적인 심벌 "t"다. 따라서, 이러한 이유로, ttxth를 연산하기 위한 전체 알고리즘을 다시 반복하지 않지만, ttxh를 연산하는 데 사용된 것이라고 가정한다. ttxh 및 ttxth 곡선을 연산하는 데 사용되는 알고리즘이 동일하지만, 이 두 곡선의 값들의 차이는 3차원 행렬 ttxtl , tprtl , ttxtr, 및 tprtr 의 구체적 값들에 의해 결정된다. 즉,

ttxtl = [ttxtl_{i ,j,k}] (희박 연료의 경우)

tprtl = [tprtl_{i ,j,k}] (희박 연료의 경우)

ttxtr = [ttxtl_{i ,j,k}] (과농 연료의 경우)

tprtr = [tprtl_{i ,j,k}] (과농 연료의 경우)

추가적으로, ttxh와 관련하여 상술한 바와 같이, 다른 함수 f가 ttxth 곡선의 연산에 사용될 수 있다.

Δttxh 교정과 유사하게, Δttxth 교정은 실제 가스 터빈의 배기 및 유입 압력 강하를 고려하는 데 사용된다. 가스 터빈의 온도 제어 곡선은 기준 배기 압력 강하 Δp_{exhaust ref}와 기준 유입 압력 강하Δp_{inlet ref}를 참조한다. 기준 곡선 ttxh와 유사하게, 교정치 Δttxth를 이용함으로써 서로 다른 배기 및 유입 압력 강하에 대해 임계 곡선 ttxth를 교정할 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, Δttxth를 결정하기 위해 수행되는 연산을 요약한 순서도가 도 11에 도시된다. 이 도면에 따르면, 데이터 선택기 유닛(140)은 주변 온도(tamb), 날개 IGV의 회전 각도, 샤프트의 회전 속도(tnh), 및 과농 가스 행렬 데이터(ttxh와 관련하여 앞서 규정됨)를 입력으로 수신한다. (도 5에 도시되는) C1-C4 및 D1-D4와 유사한 8개의 점이 데이터 선택기 유닛(140)에 의해 출력된다. 선택된 함수에 따라, 더 많은 점 또는 더 적은 점이 사용될 수 있다. 이 출력은 이중 선형 보간기 유닛(142)에 입력으로 제공된다. 과농 가스 행렬 데이터 대신에 희박 가스 행렬 데이터가 사용된다는 점을 제외하고는 데이터 선택기 유닛(144)에 의해 동일한 파라미터에 대해 동일한 프로세스가 반복된다. 데이터 선택기 유닛(144)으로부터의 출력은 보간기 유닛(146)에 입력으로 제공된다. 보간기(142, 146)로부터의 출력은, 즉, 과농 가스 ttxth 대 tprt 실제 제어 곡선과, 희박 가스 ttxth 대 tprt 실제 제어 곡선이 2개의 ttxth 설정점을 연산하기 위해 연산 유닛(148)에 입력으로 제공된다. 선형 보간기(150)는 2개의 ttxt 설정점을 수신하고, 가스 터빈의 ttxth 임계치를 연산한다. 선형 보간기(150)는 연료 가스 LHV에 관한 정보를 직접 수신하고, 보간기 유닛(142)은 igv 및 tnh 데이터를 직접 수신한다는 점에 주목해야 한다.

이제 터빈 압력비 tpr의 함수로 기준 배기 온도 ttxh 곡선을 결정하였고 터빈 압력비 tpr의 함수로 1차 모드로부터 희박-희박 모드으로의 전환 임계 기준 곡선을 결정함에 따라, 가스 터빈의 모드 전환(변화)이 다음에 설명되는 바와 같이 이러한 곡선 및 다른 정보에 기초하여 결정될 수 있다. (ttx, tpr) 평면은 ttxh 곡선 및 ttxth 곡선 모두를 결정하는 데 사용되며, 따라서, 가스 터빈의 제어에 관한 전체적 설명이 이 평면에 기초할 수 있다.

1차 모드로부터 희박-희박 모드로 , 그리고 희박-희박 모드로부터 1차 모드로 전환

1차 모드로부터 희박-희박 모드로, 그리고 희박-희박 모드로부터 1차 모드로의 전환은 도 5 및 도 6을 참조하여 앞서 설명한 (ttx, tpr) 평면의 ttxth 곡선을 통과하는 가스 터빈의 작동점에 의해 트리거링된다. 예시적인 실시예에 따르면, 1차 모드로부터 희박-희박 모드로, 그리고 희박-희박 모드로부터 1차 모드로의 전환 시퀀스는 도 12를 참조하여 설명된다. 도 12는 Y축 상에 분배비(S)와 X축 상에 시간(t)을 도시한다. 분배비 S는 1차 버너(도 8의 112 참조)에 제공되는 연소기(40)(도 2 참조)로 공급되는 총 연료의 퍼센티지와, 2차 버너(도 8의 114 참조)에 제공되는 총 연료의 퍼센티지를 나타낸다. 이 퍼센티지 비는 분배비(S)로 불린다. 에를 들어, 분배비(S)는 40/60일 수 있고, 즉, 총 연료의 40%가 1차 버너에 제공되고, 총 연료의 60%가 2차 버너에 제공된다.

도 12를 참조하면, 분배비(S1)가 시간(t1)에 컨트롤러에 의해 가스 터빈에 제공된다. 시간(t1)에서, ttx 온도는 도 13에 도시되는 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 곡선 ttxth(220)에 도달하여, 그 곡선 상에 머무르거나 그 곡선 위편에 놓인다. 실제 작동점은 임계 곡선 ttxth(220)에 도달하기 전에 곡선(222) 상에서 이동한다고 가정된다. 이 조건의 시작점(t1)으로부터 Δt1 초의 지정 시간 구간 이후, 조건이 지속될 경우, 즉, 실제 작동 시간이 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 곡선 ttxth 상에 또는 그 위편에 머무를 경우, 컨트롤러는 S1으로부터 S2로 연료 분배비를 변경시키도록 구성된다. 이 변화는 도 12에 도시되는 바와 같이 점진적으로 일어난다. 예시적인 실시예에 따르면, S1으로부터 S2로의 변화는 일정한 변화율을 갖는다. 연료 분배비는 제 2 시간(t2)까지 소정의 시간 구간동안 이러한 값(S2)에서 유지된다. 예시적인 실시예에 따르면, 시간차(t2-t1)가 미리 연산된다.

연료 분배비가 S1으로부터 S2로 변경될 때, 가스 터빈은 1차 모드(200)로부터 희박-희박 모드(202, 204, 206)로 이동한다. 다시 말해서, 1차 모드(200)는 S1을 특징으로 하고, 희박-희박 모드는 다른 값들 중에서도, S2를 특징으로 한다. 그러나, 희박-희박 모드가 복수의 서브 모드를 갖고, 각각의 서브 모드는 자체 연료 분배비(S_i)를 갖는 점에 주목하여야 한다. 연료 분배비(S2)는 희박-희박 예충전 서브 모드(202)를 특징으로 한다. 단순화를 위해, 서브 모드들은 모드로 통칭한다. 이 모드의 목적은 모드들 사이의 전환 시퀀스를 더욱 안정하게 하기 위해, 연료 가스를 이용함으로써 매니폴드(연소기) 및 가요성 호스 내부의 공기를 퍼징하는 것이다.

시간 t₂에서, 예충전 모드가 완료되고 컨트롤러는 S2로부터 S3로 연료 분배비를 변경시키도록 구성된다. S3는 희박-희박 천이 모드(204)를 특징으로 한다. 희박-희박 천이 모드(204)는 도 8에 도시되는 2차 영역 내 화염을 안정시키기 위해, 시간 구간(t₃-t₄) 동안 유지된다. 시간 구간(t₃-t₄) 역시 미리 연산된다. 시간(t4)에서, 컨트롤러는 연료 분배비를 S4(정상 상태 분배비 값)로 변경하며, 이는 희박-희박 정상 상태 모드(206)를 특징으로 한다. 일 구현예에서, 분배비(S3)는 S3 = S4 + ΔS₁으로 규정될 수 있고, Δ는 작은 변화값으로서, 즉, 약 1 내지 10%의 범위 내의 값이다.

시간(t₅)에서, 작동점(226)의 ttx 온도가 도 13에 도시되는 바와 같이 ttxth + Δttx₁ 임계 곡선(224) 아래로 감소할 때, 희박-희박 모드로부터 1차 모드로의 전환이 트리거링되고, 분배비는 컨트롤러에 의해 S4로부터 S1으로 변경된다. Δttx₁은 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계치에 대한 배기 온도 불감대(dead band)다. 곡선 ttxth로부터 곡선 ttxth + Δttx₁에 의해 규정되는 불감대는, 작동점의 배기 온도가 곡선(220) 위 및/또는 아래로 시간 상 약간 변할 수 있기 때문에, 2개의 모드 사이에서 가스 터빈이 앞뒤로 빠르게 변화하는 것을 방지하는 데 사용된다. 희박-희박 천이(204)와 희박-희박 정상 상태(206) 모드(희박-희박 예충전(202) 제외)는 ttx 온도가 ttxth + Δttx₁ 임계 곡선(224) 아래로 감소함에 따라 언제라도 중지될 수 있다.

도 12에 도시되는 바와 같이, 분배비가 S_i로부터 S_j로 변화할 때(S_j > S_i), 평균 분배비 상승 속도는 R₁이고, 분배비가 S_k로부터 S_h로 변화할 때(S_k ＜ S_h), 평균 분배비 상승 속도는 R₂며, R₂는 R₁과 다르다. 이러한 상승 속도가 일정할 수 있고, 최종 및 초기값 S_i 및 S_j에 의존할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환이 시작될 때, 허용가능한 배기 온도 확산이

초동안 ΔSP₁만큼 증가할 수 있고(1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환에 걸쳐 배기 온도 확산이 증가함), 이때, "pr"은 1차(primary)를 나타내고, "ll"은 희박-희박"(lean-lean)을 나타내며,

는 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 중 확산 완화의 지속 시간을 나타낸다. 상승 속도의 값(R₁, R₂), 분배비의 값(S₂, S₄) 및 변화량(ΔS₁)이 가스 터빈의 샵/사이트(shop/site) 중 조정될 수 있다.

다른 예시적인 실시예를 제한하고자 하는 것이 아닌 예시적인 실시예에 따르면, 다음의 값들이 상술한 파라미터에 사용될 수 있다. 1차 모드에서의 분배비(S1)는 실질적으로 100%의 값을 가질 수 있고, 희박-희박 예충전 모드에서의 분배비(S2)는 실질적으로 90%의 값을 가질 수 있으며, 희박-희박 정상 상태에서의 분배비(S4)는 실질적으로 65%의 값을 가질 수 있고, 분배비 변화(ΔS₁)는 실질적으로 -3%의 값을 가질 수 있으며, ΔSP₁은 실질적으로 200F의 값을 가질 수 있고, Δt₁은 3초 수준일 수 있고,

은 60초 수준일 수 있으며, Δttx₁은 -25F 수준일 수 있다. 실제 값들은 의도한 범위로부터 벗어나지 않으면서 응용예에 좌우되는 양만큼 상술한 값으로부터 벗어날 수 있음을 표시하기 위해 '실질적으로'라는 용어를 사용하였다.

따라서, 1차 모드로부터 희박-희박 모드로, 그리고 희박-희박 모드로부터 1차 모드로의 전환에 관련된 상술한 예시적인 실시예에 기초하여, 모드 및 연료 분배비가 모두 제어되도록 가스 터빈의 작동점을 제어하는 것이 가능하다. 구체적으로, 도 14에 도시되는 예시적인 실시예에 따르면, 압축기, 연소기, 및 적어도 하나의 터빈을 포함하는 가스 터빈의 작동점을 제어하는 방법이 존재한다. 이 방법은 터빈의 배기부에서 배기 압력 강하를 결정하는 단계(1400)와, 압축기에서 압축기 배출 압력을 측정하는 단계(1402)와, 배기 압력 강하 및 압축기 배출 압력에 기초하여 터빈 압력비를 결정하는 단계(1404)와, 1차 모드와 희박-희박 모드 사이에서 가스 터빈의 작동이 변화하는 점들을 포함하는 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선을 터빈 압력비의 함수로 연산하는 단계(1406)와, 동일한 터빈 압력비에 대해 작동점과 관련된 배기 온도가 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선의 배기 온도보다 높을 때를 제 1 시간에서 결정하는 단계(1408)와, 제 1 시간으로부터 소정 시간 이후, 작동점과 관련된 배기 온도가 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선의 배기 온도보다 높은 상태를 유지할 경우, 제 1 값으로부터 제 2 값으로 연료 분배비 양을 변화시키는 단계(1410)를 포함한다.

1차 모드는, 본 실시예에서, 1차 버너에 대부분의 연료를 제공하고 연소기의 2차 버너에 나머지 연료를 제공하거나 연료를 전혀 제공하지 않으며, 또한, 연소기의 1차 영역에서 제공된 연료를 점화하는 모드로 규정되고, 상기 1차 영역은 2차 영역에 인접하여 위치하며, 희박-희박 모드는, 1차 버너 및 2차 버너에 모두 연료를 제공하고 1차 영역 및 2차 영역 모두에서 제공된 연료를 연소시키는 모드로 규정된다. 연료 분배비 양은 1차 버너에 의해 수용되는 총 연료의 제 1 양과, 2차 버너에 의해 수용되는 총 연료의 제 2 양을 퍼센티지로 나타낸다.

연료 분배량의 제 2 값은 제 1 값보다 작을 수 있고, 상기 제 1 값은 1차 모드를 특징으로 하고 상기 제 2 값은 희박-희박 모드의 일부분인 희박-희박 예충전 모드를 특징으로 한다. 선택적으로, 상기 방법은 제 2 지정 시간에 연료 분배량의 제 2 값을, 희박-희박 모드의 일부분인 희박-희박 천이 모드를 특징으로 하는 제 3 값으로 변화시키는 단계와, 제 3 지정 시간에 연료 분배량의 제 3 값을, 희박-희박 모드의 일부분인 희박-희박 정상 상태 모드를 특징으로 하는 제 4 값으로 변경시키는 단계와, 가스 터빈을 작동시키기 전에, 희박-희박 정상 상태가 지속 시간 간격을 갖지 않을 때 희박-희박 예충전 모드 및 희박-희박 천이 모드에 대한 지속 시간 간격을 연산하는 단계와, 상기 작동점과 연계된 배기 온도가 (i) 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선의 배기 온도와, (ii) 지정 배기 온도 임계치 사이의 차이보다 작음을 제 5 시간에서 결정하는 단계로서, 상기 (i) 온도 및 (ii) 온도는 동일한 터빈 압력비에 대하여 취하여지는, 단계와, 연료 분배량을 제 4 값으로부터 제 1 값으로 변경시키는 단계와, 상기 작동점과 연계된 배기 온도가 (i) 상기 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선의 배기 온도와, (ii) 상기 지정 배기 온도 임계치 사이의 차이보다 작은 임의의 시간에서 희박-희박 천이 모드 및 희박-희박 정상 상태 모드를 중지시키는 단계로서, 상기 (i) 온도 및 (ii) 온도는 동일한 터빈 압력비에 대하여 취하여지는, 단계와, 지정 기울기로 연료 분배량을 변화시키는 단계, 또는 이들의 조합을 포함한다.

가스 터빈은 프로세서를 가질 수 있고, 상기 프로세서는 제 2 지정 시간에 연료 분배량의 제 2 값을, 희박-희박 모드의 일부분인 희박-희박 천이 모드를 특징으로 하는 제 3 값으로 변화시키도록 구성되고, 상기 연료 분배량의 제 2 값은 제 1 값보다 작으며, 상기 제 1 값은 1차 모드를 특징으로 하고, 상기 제 2 값은 희박-희박 모드의 일부분인 희박-희박 예충전 모드를 특징으로 하고, 또는, 상기 프로세서는 제 3 지정 시간에 연료 분배량의 제 3 값을, 희박-희박 모드의 일부분인 희박-희박 정상 상태 모드를 특징으로 하는 제 4 값으로 변경시키거나, 제 5 시간에, 상기 작동점과 연계된 배기 온도가 (i) 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선과 (ii) 지정 배기 온도 값 사이의 차이보다 작음을 결정하도록 구성되며, 상기 (i) 온도 및 (ii) 온도 모두는 동일한 터빈 압력비에 대해 취하여지고, 그리고, 연료 분배량을 제 4 값으로부터 제 1 값으로 변경시키거나, 또는, 연료의 특성을 표시하는 파라미터를 이용하여 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선을 결정하도록 구성되며, 상기 파라미터는 연료의 저가열치, 연료의 NOx 인자, 연료의 상한/하한 인화성비, 또는 이들의 조합 중 하나다.

컴퓨터 판독형 매체가, 압축기, 연소기, 및 적어도 하나의 터빈을 포함하는 가스 터빈의 작동점을 제어하기 위한 방법을 구현하는 컴퓨터 실행가능 명령을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 배기 온도 기준 곡선 ttxh, 배기 온도 임계 곡선 ttxth, 및 (ttx, ttp) 평면에서 표시되는 다른 곡선들은 저가열치(LHV) 대신에 연료를 특징으로 하는 다른 파라미터에 기초하여 연산될 수 있다. 이러한 파라미터는 예를 들어, NOx 인자, 상한/하한 인화성비(upper to lower flammability ratio)(하측 인화성 임계치는 자체 전파 화염을 지원하는 연료 및 공기(또는 다른 산화제)의 혼합물의 주어진 부피에서 최소 연소가능 퍼센티지이고, 상측 인화성 임계치는 자체 전파 화염을 지원하는 주어진 부피에서 최대 연소가능 퍼센티지임). 다시 말해서, ttxh 곡선은 ttxh = ttxha + Δttxh인 것으로 상술한 예시적 실시예에서 연산된 바 있고, 이때, ttxha = ttxhr·(LHV-LHVl)/(LHVr-LHVl) + ttxhl·(LHVr-LHV)/(LHVr-LHVl) 이다. 그러나, ttxha는 연료의 저가열치 LHV에 따라 좌우되고, NOx 인자, 상한/하한 인화성비, 등에는 관계가 없다.

따라서, 동일한 MWI 인덱스를 갖지만 서로 다른 NOx 인자를 갖는 제 1 연료 및 제 2 연료가 가스 터빈에 순차적으로 공급될 경우, ttxh를 연산하기 위해 상술한 알고리즘은 NOx 인자가 ttxha 함수의 일부분이 아니기 때문에 NOx 인자에 민감하지 않다. mWI 인자가 ttxha의 공식에 반영되는 LHV, ttxha, 및 그 내포물(implicity)에 의존하기 때문에, ttxh 곡선은 연료의 MWI 인덱스의 변화에 영향받는다. 그러나, 제 1 및 제 2 연료가 유사한 MWI 인덱스를 갖기 때문에, ttxh 곡선 및 LHV 변수에 기초한 다른 곡선들은 서로 다른 연료가 가스 터빈에 제공되는 것을 "확인"할 수 없을 것이다.

이러한 이유로, 예시적인 실시예에 따르면, ttxh, ttxth, 및 다른 곡선들이 NOx 인자, 상한/하한 인화성비, 또는 연료의 다른 파라미터 특성의 함수로 연산될 수 있다. 일 응용예에서, 동일한 수학적 함수 및 알고리즘을 이용하여, 새 파라미터로 대체되는 LHV 파라미터와 함께, 새 ttxh, ttxth 곡선을 연산할 수 있다. 그러나, 다른 함수 및/또는 알고리즘을 이용하여, NOx 인자, 상한/하한 인화성비, 등에 기초하여 ttxh, ttxth 및 다른 곡선들을 연산할 수도 있다. 다시 말해서, 컨트롤러(70)는 주어진 연료 파라미터에 각각 대응하는, 복수의 (ttx, tpr) 평면에서 요망 곡선들을 연산하도록 구성될 수 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 컨트롤러는 배기 온도 기준 곡선을 결정하기 위해 연료의 특성을 표시하는 파라미터를 이용하도록 구성될 수 있다. 상술한 바와 같이 파라미터는 연료의 저가열치, 연료의 NOx 인자, 연료의 상한/하한 인화성비, 또는 이들의 조합 중 하나일 수 있다. 더욱이, 컨트롤러는 대응하는 파라미터에 기초하여 배기 온도 기준 곡선들을, 즉, 3개의 언급된 파라미터에 대한 3개의 기준 곡선들을 연산하도록 구성될 수 있고, 연산된 배기 온도 기준 곡선들 중 하나를 선택하여 선택된 배기 온도 기준 곡선(상술한 예의 경우 NOx 인자 기준 곡선)에 기초하여 가스 터빈을 제어할 수 있다.

제한하고자 하는 것이 아니라 설명을 위해, 예시적인 실시예에 따라 작동을 수행할 수 있는 대표적인 컨트롤러(1500)가 도 15에 도시된다. 도 2를 참조하여 앞서 설명한 컨트롤러(70)는 컨트롤러(1500)의 구조를 가질 수 있다. 그러나, 본 예시적인 실시예의 원리는 프로세서, 컴퓨터 시스템, 등에 동등하게 적용될 수 있다.

예시적인 컨트롤러(1500)는 마이크로프로세서, RISC(Reduced Instruction Set Computer), 또는 다른 중앙 처리 모듈과 같은, 처리/제어 유닛(1502)을 포함할 수 있다. 처리 유닛(1502)이 반드시 단일한 장치일 필요는 없으며, 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 처리 유닛(1502)은 마스터 프로세서와, 마스터 프로세서와 통신하도록 연결된 관련 슬레이브 프로세서를 포함할 수 있다.

처리 유닛(1502)은 저장 유닛/메모리(1504)에 가용한 프로그램에 의해 지시되는 바와 같이 시스템의 기본 기능을 제어할 수 있다. 따라서, 처리 유닛(1502)은 도 14에 설명되는 기능을 수행할 수 있다. 특히, 저장 유닛/메모리(1504)은 컨트롤러 상에서 함수 및 애플리케이션을 실행하기 위한 운영 체제 및 프로그램 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로그램 저장 유닛은 ROM, 플래시 ROM, 프로그래머블 및/또는 소거가능 ROM, RAM, 가입자 인터페이스 모듈(SIM), 무선 인터페이스 모듈(WIM), 스마트 카드, 또는 다른 탈착형 메모리 장치, 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 프로그램 모듈 및 관련 특징부는 인터넷과 같은 네트워크를 통해 전자적으로 다운로딩되는 것처럼, 데이터 신호를 통해 컨트롤러(1500)에 또한 전송될 수 있다.

저장 유닛/메모리(1504)에 저장될 수 있는 프로그램들 중 하나는 전용 프로그램(specific program)(1506)이다. 상술한 바와 같이, 전용 프로그램(1506)은 가스 터빈의 관련 파라미터를 저장할 수 있고, 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 곡선을 연산하기 위한 명령과, IGV를 열거나 닫기 위한 명령을 전송하기 위한 명령, 등을 또한 포함할 수 있다. 프로그램(1506) 및 관련 특징은 프로세서(1502)를 이용하여 작동가능한 소프트웨어 및/또는 펌웨어로 구현될 수 있다. 프로그램 저장 유닛/메모리(1504)는 가스 터빈의 관련 파라미터, 또는, 본 예시적인 실시예에 관련된 다른 데이터와 같은 데이터(1508)를 저장하는 데 또한 사용될 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, 프로그램(1506) 및 데이터(1508)는 비휘발성의 전기적으로 소거가능한, 프로그래머블 ROM(EEPROM), 플래시 ROM, 등에 또한 저장되어, 컨트롤러(1500)의 전력 공급이 끊어졌을 때도 정보가 소실되지 않게 된다.

프로세서(1502)는 발전소의 제어국과 연계된 사용자 인터페이스(1510) 요소에 또한 연결될 수 있다. 발전소의 사용자 인터페이스(1510)는 예를 들어, 액정 디스플레이와 같은 디스플레이(1512), 키패드(1514), 스피커(1516), 및 마이크로폰(1518)을 포함할 수 있다. 이러한 및 그외 다른 사용자 인터페이스 구성요소는 당 분야에 잘 알려져 있는 바와 같이 프로세서(1502)에 연결된다. 키패드(1514)는, 번호를 다이얼링하고 하나 이상의 키에 할당된 작동들을 실행하는 것을 포함한, 다양한 기능을 수행하기 위한 수문자 키를 포함할 수 있다. 대안으로서, 음성 명령, 스위치, 터치패드/스크린, 포인팅 장치를 이용한 그래픽 사용자 인터페이스, 트랙볼, 조이스틱, 또는 그외 다른 사용자 인터페이스 메커니즘과 같은, 다른 사용자 인터페이스 메커니즘이 이용될 수 있다.

컨트롤러(1500)는 디지털 신호 프로세서(DSP)(1520)를 또한 포함할 수 있다. DSP(1520)는 아날로그-디지털 (A/D) 변환, 디지털-아날로그 (D/A) 변환, 음성 코딩/디코딩, 암호화/해역, 오류 검출 및 교정, 비트 스트림 변환, 필터링, 등을 포함한, 다양한 기능을 수행할 수 있다. 일반적으로 안테나(1524)에 연결되는 트랜시버(1522)는, 무선 장치와 연계된 전파 신호를 송신 및 수신할 수 있다.

도 15의 컨트롤러(1500)는 본 예시적 실시예들의 원리를 적용할 수 있는 연산 환경의 대표적 예로 제공된다. 여기서 제공되는 설명으로부터, 당 업자라면 본 발명이 다양한 다른 현재 알려진 그리고 미래에 발전될 모바일 및 고정 연산 환경에 동등하게 적용가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 전용 애플리케이션(1506) 및 관련 특징 및 데이터(1508)는 다양한 방식으로 저장될 수 있고, 다양한 처리 장치 상에서 작동가능하며, 추가적인, 적은, 또는 다른 지원 회로 및 사용자 인터페이스 메커니즘을 갖는 모바일 장치에서 작동가능할 수 있다. 본 예시적인 실시예의 원리는 비-모바일 단말, 즉, 육상선 연산 시스템에도 동등하게 적용가능하다.

개시되는 예시적인 실시예는 신규한 패러다임 및 임계치에 기초한, 가스 터빈을 제어하기 위한 방법, 컴퓨터 프로그램, 및 이러한 가스 터빈을 제공한다. 본 설명은 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 반대로, 예시적인 실시예들은 첨부된 청구범위에 의해 규정되는 바와 같이, 발명의 사상 및 범위에 포함되는 대안, 변형예, 및 등가물을 포괄하는 것을 의도한다. 더욱이, 예시적인 실시예의 상세한 설명에서, 청구범는 발명의 폭넓은 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적 세부사항들이 제시된다. 그러나, 다양한 실시예들이 이러한 구체적 세부사항없이 실현될 수 있음을 당 업자는 이해할 수 있을 것이다.

본 예시적인 실시예의 특징 및 요소들이 특정 조합의 실시예에서 설명되지만, 각각의 특징 또는 요소가 이러한 실시예의 다른 특징 및 요소없이 단독으로 사용될 수 있고, 또는 여기서 개시되는 다른 특징 및 요소와 함께, 또는 이들없이, 다양한 조합으로 사용될 수 있다.

이러한 서면의 설명은 예들을 이용하여 최적 모드를 포함한 발명을 개시하며, 장치 또는 시스템의 제작 및 이용과, 임의의 채택된 방법의 실행을 포함한, 당 업자로 하여금 발명을 실시할 수 있게 한다. 발명의 특허가능한 범위는 청구범위에 의해 규정되고, 당 업자에게 나타나는 다른 예들을 포함할 수 있다. 이러한 다른 예들은 청구범위의 글자 그대로의 기재와는 다른 구조적 요소를 가지지 않을 경우, 또는 청구범위의 글자 그대로의 기재 내에서 등가의 구조적 요소를 포함할 경우, 청구항의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.

Claims (10)

1. 압축기, 연소기, 및 적어도 하나의 터빈을 포함하는 가스 터빈의 작동점을 제어하는 방법에 있어서,
   상기 터빈의 배기부에서 배기 압력 강하를 결정하는 단계와,
   상기 압축기에서 압축기 배출 압력을 측정하는 단계와,
   상기 배기 압력 강하 및 상기 압축기 배출 압력에 기초하여 터빈 압력비를 결정하는 단계와,
   상기 가스 터빈의 작동이 1차 모드와 희박-희박 모드 사이에서 변경되는 점들을 포함하는 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선을 상기 터빈 압력비의 함수로 연산하는 단계와,
   상기 작동점과 연계된 배기 온도가 동일한 터빈 압력비에 대하여 상기 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선의 배기 온도보다 높을 때를 제 1 시간에서 결정하는 단계와,
   상기 제 1 시간으로부터 지정 시간 이후에, 상기 작동점과 연계된 배기 온도가 상기 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선의 배기 온도보다 높은 상태를 유지할 경우 연료 분배량을 제 1 값으로부터 제 2 값으로 변화시키는 단계를 포함하며,
   상기 1차 모드는, 연료의 절반 이상을 상기 연소기의 1차 버너에 제공하고 상기 연소기의 2차 버너에 나머지 연료를 제공하거나 연료를 제공하지 않으며, 제공된 연료를 상기 연소기의 1차 영역에서 점화시키는 모드로 규정되고, 상기 1차 영역은 2차 영역에 인접하여 위치하며,
   상기 희박-희박 모드는, 상기 1차 버너 및 2차 버너 모두에 연료를 제공하고 제공된 연료를 상기 1차 영역 및 2차 영역 모두에서 연소시키는 모드로 규정되며,
   상기 연료 분배량은 상기 1차 버너가 수용한 총 연료의 제 1 양과 상기 2차 버너가 수용한 총 연료의 제 2 양을 퍼센티지로 나타내는
   가스 터빈의 작동점 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 연료 분배량의 제 2 값은 상기 제 1 값보다 작고, 상기 제 1 값은 1차 모드를 특징으로 하고, 상기 제 2 값은 상기 희박-희박 모드의 일부분인 희박-희박 예충전 모드를 특징으로 하는
   가스 터빈의 작동점 제어 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   지정된 제 2 시간에, 상기 연료 분배량의 제 2 값을, 상기 희박-희박 모드의 일부분인 희박-희박 천이 모드를 특징으로 하는 제 3 값으로 변경시키는 단계를 더 포함하는
   가스 터빈의 작동점 제어 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   지정된 제 3 시간에, 상기 연료 분배량의 제 3 값을, 상기 희박-희박 모드의 일부분인 희박-희박 정상 상태 모드를 특징으로 하는 제 4 값으로 변경시키는 단계를 더 포함하는
   가스 터빈의 작동점 제어 방법.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 연료 분배량의 제 3 값은 상기 제 2 값보다 작고, 상기 제 4 값은 상기 제 2 값과 상기 제 3 값 사이에 있는
   가스 터빈의 작동점 제어 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가스 터빈을 작동시키기 전에, 희박-희박 예충전 모드 및 희박-희박 천이 모드에 대한 지속 시간 간격을 연산하며, 희박-희박 정상 상태 모드에서는 미리 연산된 지속 시간 간격이 없는 단계를 더 포함하는
   가스 터빈의 작동점 제어 방법.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 작동점에 연계된 배기 온도가, 모두 동일한 터빈 압력비에 대해서 취해진, (i) 상기 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선의 배기 온도와, (ii) 지정된 배기 온도 값 사이의 차이보다 작음을 제 5 시간에 결정하는 단계와,
   상기 연료 분배량을 상기 제 4 값으로부터 상기 제 1 값으로 변경시키는 단계를 더 포함하는
   가스 터빈의 작동점 제어 방법.
8. 제 4 항에 있어서,
   상기 작동점에 연계된 배기 온도가, 모두 동일한 터빈 압력비에 대해서 취해진, (i) 상기 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선의 배기 온도와, (ii) 지정된 배기 온도 값 사이의 차이보다 작은 임의의 시간에 상기 희박-희박 천이 모드 및 상기 희박-희박 정상 상태 모드를 중지하는 단계를 더 포함하는
   가스 터빈의 작동점 제어 방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선을 연산하는 단계는, 연료의 특성을 표시하는 파라미터를 이용하여, 상기 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선을 결정하는 단계를 포함하며, 상기 파라미터는 연료의 저가열치, 연료의 NOx 인자, 연료의 상한/하한 인화성비, 또는 이들의 조합 중 하나인
   가스 터빈의 작동점 제어 방법.
10. 압축기, 연소기, 및 적어도 하나의 터빈을 포함하는 가스 터빈의 작동점을 제어하기 위한 컨트롤러에 있어서,
    상기 압축기에서 압축기 배출 압력을 측정하도록 구성되는 압력 센서와,
    상기 압력 센서에 연결되는 프로세서를 포함하며,
    상기 프로세서는,
    상기 터빈의 배기부에서 배기 압력 강하를 결정하고,
    상기 배기 압력 강하 및 압축기 배출 압력에 기초하여 터빈 압력비를 결정하고,
    상기 가스 터빈의 작동이 1차 모드와 희박-희박 모드 사이에서 변경되는 점들을 포함하는 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선을 상기 터빈 압력비의 함수로 연산하고,
    동일한 터빈 압력비에 대하여, 상기 작동점에 연계된 배기 온도가 상기 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선의 배기 온도보다 높을 때를 제 1 시간에서 결정하고,
    상기 제 1 시간으로부터 지정 시간 이후, 상기 작동점에 연계된 배기 온도가 상기 1차 모드로부터 희박-희박 모드로의 전환 임계 기준 곡선의 배기 온도보다 높게 유지될 경우 연료 분배량을 제 1 값으로부터 제 2 값으로 변경시키도록 구성되며,
    상기 1차 모드는, 연료의 절반 이상을 상기 연소기의 1차 버너에 제공하고 상기 연소기의 2차 버너에는 나머지 연료를 제공하거나 연료를 제공하지 않으며, 상기 연소기의 1차 영역에서 제공된 연료를 점화시키는 모드로 규정되고, 상기 1차 영역은 2차 영역에 인접하여 위치하며,
    상기 희박-희박 모드는, 상기 1차 버너 및 2차 버너 모두에 연료를 제공하고 제공된 연료를 상기 1차 영역 및 2차 영역 모두에서 연소시키는 모드로 규정되며,
    상기 연료 분배량은 상기 1차 버너가 수용한 총 연료의 제 1 양과 상기 2차 버너가 수용한 총 연료의 제 2 양을 퍼센티지로 나타내는
    가스 터빈의 작동점 제어용 컨트롤러.

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