特許 5789265 排気温度に基づくガスタービン用モード制御方法およびガスタービン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5789265

(24)【登録日】2015年8月7日

(45)【発行日】2015年10月7日

(54)【発明の名称】排気温度に基づくガスタービン用モード制御方法およびガスタービン

(51)【国際特許分類】

   F02C 9/34 20060101AFI20150917BHJP

   F02C 9/28 20060101ALI20150917BHJP

   F23R 3/28 20060101ALI20150917BHJP

   F02C 9/00 20060101ALI20150917BHJP

【ＦＩ】

   F02C9/34

   F02C9/28 C

   F23R3/28 D

   F02C9/00 B

【請求項の数】10

【全頁数】31

(21)【出願番号】特願2012-540368(P2012-540368)

(86)(22)【出願日】2010年11月19日

(65)【公表番号】特表2013-512379(P2013-512379A)

(43)【公表日】2013年4月11日

(86)【国際出願番号】EP2010067791

(87)【国際公開番号】WO2011064142

(87)【国際公開日】20110603

【審査請求日】2013年11月15日

(31)【優先権主張番号】CO2009A000054

(32)【優先日】2009年11月27日

(33)【優先権主張国】IT

(73)【特許権者】

【識別番号】505347503

【氏名又は名称】ヌオーヴォ ピニォーネ ソシエタ ペル アチオニ

(74)【代理人】

【識別番号】100137545

【弁理士】

【氏名又は名称】荒川 聡志

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(74)【代理人】

【識別番号】100113974

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 拓人

(72)【発明者】

【氏名】ボタレリ，クラウディオ

【審査官】 米澤 篤

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−３０９２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３５７３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１３０８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−７７８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１５５６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１０７７０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−９７９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２７８４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１７６７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１８１３９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２０５５６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｃ ９／３４

Ｆ０２Ｃ ９／００

Ｆ０２Ｃ ９／２８

Ｆ２３Ｒ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機、燃焼器、および少なくともタービンを備えるガスタービンの動作点を制御する方法であって、
タービンの排気管で排気圧降下を決定するステップと、
前記圧縮機で圧縮機圧力吐出を測定するステップと、
前記排気圧降下および前記圧縮機圧力吐出に基づいてタービン圧力比を決定するステップと、
前記タービン圧力比の関数として一次から希薄−希薄へのモード移行閾値曲線を計算するステップであって、前記一次から希薄−希薄へのモード移行閾値曲線が、前記ガスタービンの動作が一次モードと希薄−希薄モードの間で変更される点を含む、計算するステップと、
前記動作点に関連した排気温度が、同じタービン圧力比に対する前記一次から希薄−希薄へのモード移行閾値曲線の排気温度より高くなる時を、第１の時刻に決定するステップと、
前記動作点に関連した前記排気温度が前記一次から希薄−希薄へのモード移行閾値曲線の前記排気温度より高いままである場合、前記第１の時刻の後の所定の時間後に、分割燃料量を第１の値から第２の値へ変更するステップと、
を含み、
前記一次モードが、半分を超える燃料を一次バーナに与え、残りの燃料を前記燃焼器の二次バーナに与えるか、または全く燃料を与えず、また、前記燃焼器の二次領域に隣接している一次領域内で前記与えられた燃料を点火するものと定義されており、
前記希薄−希薄モードが、前記一次バーナおよび前記二次バーナに共に燃料を与え、前記一次領域および前記二次領域の両方の領域内で前記与えられた燃料を燃焼するものと定義され、
前記分割燃料量が、前記一次バーナが受け取る総燃料のうちの第１の量、および前記二次バーナが受け取る総燃料のうちの第２の量を割合で記述する、
方法。

【請求項2】

前記分割燃料量の前記第２の値が前記第１の値より小さく、前記第１の値が前記一次モードを特徴付け、前記第２の値が前記希薄−希薄モードの一部である希薄−希薄プレフィルモードを特徴付ける、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記分割燃料量の前記第２の値を、前記希薄−希薄モードの一部である希薄−希薄過渡モードを特徴付ける第３の値に所定の第２の時間に変更するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記分割燃料量の前記第３の値を、前記希薄−希薄モードの一部である希薄−希薄定常状態モードを特徴付ける第４の値に所定の第３の時間に変更するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記分割燃料量の前記第３の値が前記第２の値より低く、前記第４の値が前記第２の値と前記第３の値の間にある、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記ガスタービンの動作前に、前記希薄−希薄プレフィルモードおよび前記希薄−希薄過渡モードの持続時間間隔を計算し、一方、前記希薄−希薄定常状態モードは、事前に計算した継続時間間隔を有さないステップをさらに含む、請求項４または５に記載の方法。

【請求項7】

前記動作点に関連した前記排気温度が、同じタービン圧力比について共に採用される（ｉ）前記一次から希薄−希薄へのモード移行閾値曲線の前記排気温度と（ｉｉ）所定の排気温度値の間の差より低いことを第５の時間に決定するステップと、
前記分割燃料量を前記第４の値から前記第１の値へ変更するステップと、
をさらに含む、請求項４から６のいずれかに記載の方法。

【請求項8】

前記動作点に関連した前記排気温度が、同じタービン圧力比について共に採用される（ｉ）前記一次から希薄−希薄へのモード移行閾値曲線の前記排気温度と（ｉｉ）所定の排気温度値の間の差より低い任意の時間に、前記希薄−希薄過渡モードおよび前記希薄−希薄定常モードを中止するステップをさらに含む、請求項４から６のいずれかに記載の方法。

【請求項9】

前記一次から希薄−希薄へのモード移行閾値曲線を計算する前記ステップが、
燃料の特性を示すパラメータを使用して前記一次から希薄−希薄へのモード移行閾値曲線を決定するステップを含み、前記パラメータが、前記燃料の低い発熱量、前記燃料のＮＯｘファクタ、前記燃料の上位燃焼性と下位燃焼性の比、またはそれらの組み合わせのうちの１つである、
請求項１から８のいずれかに記載の方法。

【請求項10】

圧縮機、燃焼器、および少なくともタービンを備えるガスタービンの動作点を制御するコントローラであって、
前記圧縮機で圧縮機圧力吐出を測定するように構成される圧力センサと、
前記圧力センサに接続したプロセッサであって、
前記タービンの排気管で排気圧降下を決定し、
前記排気圧降下および前記圧縮機圧力吐出に基づいてタービン圧力比を決定し、
前記タービン圧力比の関数として一次から希薄−希薄へのモード移行閾値曲線を計算し、ただし前記一次から希薄−希薄へのモード移行閾値曲線が、前記ガスタービンの動作が一次モードと希薄−希薄モードの間で変更される点を含んでおり、
前記動作点に関連した排気温度が、同じタービン圧力比について、前記一次から希薄−希薄へのモード移行閾値曲線の排気温度より高くなる時を、第１の時刻に決定し、
前記動作点に関連した前記排気温度が前記一次から希薄−希薄へのモード移行閾値曲線の前記排気温度より高いままである場合、前記第１の時刻の後の所定の時間後に、分割燃料量を第１の値から第２の値へ変更する
ように構成されるプロセッサと、
を備え、
前記一次モードが、半分を超える燃料を一次バーナに与え、残りの燃料を前記燃焼器の二次バーナに与えるか、または全く燃料を与えず、また、前記燃焼器の二次領域に隣接している一次領域内で前記与えられた燃料を点火するものと定義されており、
前記希薄−希薄モードが、前記一次バーナおよび前記二次バーナに共に燃料を与え、前記一次領域および前記二次領域の両方の領域内で前記与えられた燃料を燃焼するものと定義され、
前記分割燃料量が、前記一次バーナが受け取る総燃料のうちの第１の量、および前記二次バーナが受け取る総燃料のうちの第２の量を割合で記述する、
コントローラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書中に開示した主題の実施形態は、一般に、ガスタービンを制御する方法およびシステムに関し、より詳細には、ガスタービンを制御する機構および技法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、発電所やジェットエンジンに使用されるターボ機械は、新しい発見およびより良い材料に基づいて絶え間なく進化している。加えて、これらの機械の製造者は、「環境に優しい」ものとなるように、すなわち、動作中に生産される汚染物質の量を減らすように機械を製造または改良すべきとする増大する圧力を受けている。

【0003】

したがって、ターボ機械の排ガスを減らすこと、広範なガス燃料の使用を求めることを特に検討することに関する進行中の研究が存在する。これらの要求を満たすことは、特にこれらの装置の広範な動作を考慮すると、ますます困難になる。首尾よく応用を開発するためには、精確なターボ機械排気温度制御が、これらの条件の下で、関連要因となる。

【0004】

ターボ機械が生成する汚染物質を減らす１つの手法は、排気温度対圧縮機圧力比の理論的枠組みに基づく。このことについては、米国特許出願公開第２００８／０２４３３５２号（その内容全体は参照により本明細書に含まれる）が、現在の制御システムが、ガスタービンの安全で効率の良い動作を実現するために、燃料の流れ、入口案内翼（ＩＧＶ）、および他の制御入力を調整するスケジューリングアルゴリズムを実行できることについて記載している。ガスタービン制御システムは、所望の動作を実現するために、スケジューリングアルゴリズムに関連して、タービンの制御設定を決定する動作パラメータおよび設定を入力として受け取ることができる。測定される動作パラメータには、圧縮機の入口圧力および入口温度、圧縮機の出口圧力および出口温度、タービン排気温度、ならびに発電機出力が含まれ得る。所望の動作設定には、発電機出力および排気エネルギーが含まれ得る。スケジュール（例えば、排気温度対圧縮機圧力比、燃料分割対燃焼基準温度、インレットブリードヒート（ＩＢＨ）対ＩＧＶ、圧縮機動作限界線対補正した速度および入口案内翼など）が、オフラインフィールドテストまたは実験室データに基づいて、知られた動作境界（例えば、放出、動力学、希薄吹消え、圧縮機サージ、圧縮機の着氷、圧縮機クリアランス、空気力学など）に対してタービンを保護するように定められる。次いで、スケジュールの出力は、制御システム入力の適切な調整を決定する。制御システムによって管理される典型的な制御入力には、燃料の流れ、燃焼器燃料分布（これは「燃料分割」とも呼ばれ得る）、圧縮機入口案内翼位置、およびインレットブリードヒートの流れが含まれ得る。

【0005】

図１は、米国特許出願公開第２００８／０２４３３５２号の図１に類似するものであるが、圧縮機１２、燃焼器１４、圧縮機１２に結合したタービン１６、およびコンピュータ制御システム（コントローラ）１８を有するガスタービン１０の一例を示す。圧縮機１２への入口ダクト２０は、大気を圧縮機１２に送ることができる。入口ダクト２０は、入口２０を通じて圧縮機１２の入口案内翼２１に流れ込む大気の圧力損失に寄与するダクト、フィルタ、スクリーンおよび騒音緩和装置を有してもよい。タービン用の排気ダクト２２は、燃焼ガスを、例えば、排出制御装置および騒音緩和装置を通じてタービン１０の出口から誘導する。入口圧力損失の量および背圧は、コンポーネントの追加により、および入口２０および排気ダクト２２を詰まらせるゴミやチリにより時間と共に変化し得る。タービン１０は、電力を生み出す発電機２４を駆動することができる。

【0006】

米国特許出願公開第２００８／０２４３３５２号に記載されているように、ガスタービン１０の動作は、タービン１０、発電機および周囲環境の様々な性能関連変数を測定するように設計されたいくつかのセンサ２６によって監視することができる。例えば、冗長な温度センサ２６の群は、ガスタービン１０を囲む室温、圧縮機吐出温度、タービン排気温度、およびガスタービン１０を通じてのガス流の他の温度測定値を監視することができる。同様に、冗長な圧力センサ２６の群は、ガスタービン１０を通じてのガス流中の他の位置にある、圧縮機入口および出口タービン排気で、周囲気圧、ならびに静的および動的な圧力レベルを監視することができる。冗長な湿度センサ２６、例えば乾湿球温度計の群は、圧縮機１２の入口ダクトにおける周囲湿度を測定することができる。冗長なセンサ２６の群には、ガスタービン１０の動作に関する様々なパラメータを感知する流量センサ、速度センサ、火炎検出器センサ、弁位置センサ、案内翼角度センサなどがやはり含まれ得る。本明細書で用いられる場合、「パラメータ」は、タービンの動作条件を定めるために使用できる事項を指しており、例えば、タービン内の定められた位置での温度、圧力、およびガス流量であるが、これらに限定されない。

【0007】

また、米国特許出願公開第２００８／０２４３３５２号に記載した燃料制御システム２８は、燃料供給から燃焼器１４へ流れる燃料、一次燃料ノズルおよび二次燃料ノズルの中に流れる燃料間の１つまたは複数の分割、および燃焼室の中に流れる二次空気と混合される燃料量を調節する。燃料制御システム２８は、燃焼器のために燃料のタイプを選択することもできる。燃料制御システム２８は、別個のユニットであってもよく、またはメインコントローラ１８の構成部品であってもよい。コントローラ１８は、センサ入力および人間の操作者からの命令を用いてガスタービンの動作を制御するためのプログラムおよびオペレーションを実行する少なくとも１つのプロセッサを有するコンピュータシステムであり得る。コントローラ１８によって実行されるプログラムおよびオペレーションは、数ある中でも、動作パラメータの感知またはモデリング、動作境界のモデリング、動作境界モデルの適用、スケジューリングアルゴリズムの適用、および境界制御論理を境界上の閉ループへ適用することを含み得る。コントローラ１８が発生させた指令により、ガスタービンのアクチュエータに、例えば、流れ、燃料分割および燃焼器へ流れる燃料のタイプを調節する燃料供給と燃焼器の間の弁を調整させ（アクチュエータ２７）、圧縮機の入口案内翼２１を調整し（アクチュエータ２９）、インレットブリードヒートを調整し、ならびにガスタービンの他の制御設定を作動させことができる。

【0008】

米国特許出願第２００２／０１０６００１号および第２００４／００７６２１８号（その内容全体が、参照により本明細書に組み込まれる）は、作動流体中の水蒸気含有率が、設計値から実質的に変わるときに、ガスタービンの入口温度および燃焼参照温度を精確に計算するためのタービン制御アルゴリズムを調整する方法およびシステムを記載する。これらの参考文献は、入口温度を制御するためにタービン温度排気およびタービン圧力比を用いることを開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】米国特許出願公開第２００４／１０７７０２号明細書

【発明の概要】

【0010】

しかし、伝統的な方法およびシステムは、ガスタービンを制御するその能力に限界があり、したがって、より精確な入口温度制御、ならびに／あるいはより精確な燃焼パラメータ制御および／またはより精確な排ガス制御を実現するシステムおよび方法を提供することが望まれている。

【0011】

例示的な一実施形態によれば、圧縮機、燃焼器、および少なくともタービンを備えるガスタービンの動作点を制御する方法がある。この方法は、タービンの排気管で排気圧降下を測定するステップと、圧縮機で圧縮機圧力吐出を測定するステップと、排気圧降下および圧縮機圧力吐出に基づいてタービン圧力比を決定するステップと、タービン圧力比の関数として一次から希薄−希薄へのモード移行閾値参照曲線を計算するステップであって、一次から希薄−希薄へのモード移行閾値曲線が、タービンの動作が、一次モードと希薄−希薄モードの間で変更される点を含む、計算するステップと、動作点に関連した排気温度が、同じタービン圧力比について、一次から希薄−希薄へのモード移行閾値参照曲線の排気温度より高いときを第１の時間に決定するステップと、動作点に関連した排気温度が一次から希薄−希薄へのモード移行閾値参照曲線の排気温度より高いままである場合、第１の時間の後の所定の時間後に、分割燃料量を第１の値から第２の値へ変更するステップとを含む。

【0012】

例示的な別の実施形態によれば、圧縮機、燃焼器、および少なくともタービンを備えるガスタービンの動作点を制御するコントローラがある。このコントローラは、圧縮機で圧縮機圧力吐出を測定するように構成される圧力センサと、圧力センサに接続したプロセッサとを備える。このプロセッサは、タービンの排気管で排気圧降下を決定し、排気圧降下および圧縮機圧力吐出に基づいてタービン圧力比を決定し、タービン圧力比の関数として一次から希薄−希薄へのモード移行閾値参照曲線を計算し、ただし一次から希薄−希薄へのモード移行閾値曲線が、ガスタービンの動作が一次モードと希薄−希薄モードの間で変更される点を含んでおり、動作点に関連した排気温度が、同じタービン圧力比について、一次から希薄−希薄へのモード移行閾値参照曲線の排気温度より高いときを第１の時間に決定し、動作点に関連した排気温度が一次から希薄−希薄へのモード移行閾値参照曲線の排気温度より高いままである場合、第１の時間の後の所定の時間後に、分割燃料量を第１の値から第２の値へ変更するように構成される。

【0013】

例示的なさらなる別の実施形態によれば、コンピュータ実行可能命令を含むコンピュータ可読媒体が存在し、この命令は、実行時に、圧縮機、燃焼器、および少なくともタービンを備えるガスタービンの動作点を制御する方法を実施する。この方法は、タービンの排気管で排気圧降下を決定するステップと、圧縮機で圧縮機圧力吐出を測定するステップと、排気圧降下および圧縮機圧力吐出に基づいてタービン圧力比を決定するステップと、タービン圧力比の関数として一次から希薄−希薄へのモード移行閾値参照曲線を計算するステップであって、一次から希薄−希薄へのモード移行閾値曲線が、タービンの動作が一次モードと希薄−希薄モードの間で変更される点を含む、計算するステップと、動作点に関連した排気温度が、同じタービン圧力比について、一次から希薄−希薄へのモード移行閾値参照曲線の排気温度より高いときを第１の時間に決定するステップと、動作点に関連した排気温度が一次から希薄−希薄へのモード移行閾値参照曲線の排気温度より高いままである場合、第１の時間の後の所定の時間後に、分割燃料量を第１の値から第２の値へ変更するステップとを含む。

【0014】

明細書に組み込まれており、明細書の一部を構成する添付図面は、１つまたは複数の実施形態を例示し、詳細な説明と共に、これらの実施形態を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】従来のガスタービンの概略図である。

【図2】開示した主題の一実施形態で検討されるガスタービンの概略図である。

【図3】例示的な一実施形態によるタービンの排気温度対圧力比の変化を示すグラフである。

【図4】例示的な一実施形態によるガスタービンの動作点と最適動作点の間の関係の概略図である。

【図5】例示的な一実施形態による排気温度対タービン圧力比の平面の概略図である。

【図6】例示的な一実施形態による図５の平面内の参照排気温度曲線の概略図である。

【図7】例示的な一実施形態によるタービンの排気温度設定点を計算するステップを示す流れ図である。

【図8】例示的な実施形態によるガスタービンの様々な動作モードを示す概略図である。

【図9】例示的な実施形態によるガスタービンの様々な動作モードを示す概略図である。

【図10】例示的な実施形態によるガスタービンの様々な動作モードを示す概略図である。

【図11】例示的な一実施形態による一次から希薄−希薄へのモード移行閾値曲線を計算するステップを示す流れ図である。

【図12】例示的な一実施形態による一次から希薄−希薄へのモード移行についての分割燃料対時間を示すグラフである。

【図13】例示的な一実施形態による排気温度対タービン圧力比によって定めた平面内のタービンの動作点の軌跡を示すグラフである。

【図14】例示的な一実施形態による一次から希薄−希薄へのモードの移行を計算する方法のステップを示す流れ図である。

【図15】タービンを制御するために使用したコントローラの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

例示的な実施形態の以下の説明は、添付図面を参照する。様々な図面における同じ参照符号は、同一または類似の要素を特定する。以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められる。一軸型ガスタービンシステムの述語および構造に関して、便宜上、以下の実施形態について述べる。しかし、次に述べる実施形態は、これらのシステムに限定されるものではなく、他のシステム、例えば多軸型ガスタービンに適用されてもよい。

【0017】

明細書全体を通して、「一実施形態」（「ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」または「ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」）の言及は、実施形態に関連して説明した特定の特性、構造または特徴が、開示した主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、明細書全体を通して様々な箇所におけるフレーズ「一実施形態では」（「ｉｎ ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」または「ｉｎ ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ」）の出現は、必ずしも同じ実施形態を言及するものではない。さらに、特定の特性、構造または特徴は、１つまたは複数の実施形態において任意の適当なやり方で組み合わされてもよい。

【0018】

図１に関して上述したように、タービン１０の様々なパラメータが、監視に求められる量を決定するために測定および／または計算され得る。そのような量は、タービンの入口温度である。タービンの入口温度を最適な範囲内に維持することによって、タービンの動作は、スムーズになると共に制御下になると考えられる。タービンの入口温度が最適な範囲から出ると、コントローラ１８は、入口温度を調整するために、例えば圧縮機の空気流量、したがって圧縮機圧力比を変更するように構成される。最適な範囲から出る入口温度を決定できるイベントは、例えば、ガスタービンの負荷の変化、またはガス燃料の組成の変化である。

【0019】

しかし、次に述べられる新規な実施形態は、ガスタービンを制御するために伝統的な理論的枠組みに頼らず、むしろ新規な理論的枠組み、例えば、タービン圧力比に基づくタービン排気温度の制御に頼る。この新規な理論的枠組みは、ガスタービンの状態のより精確な評価を提供し、ガスタービンの機能に生じる変化、例えば、負荷変化により敏感でもある。
タービン圧力比の関数として排気温度の決定
例示的な実施形態によれば、排気温度は、タービン圧力比の関数として決定され、排気温度は、例えばベース負荷、低負荷、高負荷などに対応するガスタービンの効率的な動作を確実にするために、ある境界内で監視および維持される。排気温度およびタービン圧力比の決定に関するさらなる詳細は、図２に関して次に述べる。図２は、入口ダクト３６を通じて流体（例えば、空気）を受け取るように構成される圧縮機３２を有するガスタービン３０を示す。圧力、温度、湿度などの少なくとも１つを測定するために、センサ３４が、入口ダクト３６に配設されてもよい。

【0020】

流体は、圧縮機３２によって圧縮され、圧縮流体は、経路４２を介して燃焼器４０へ送られて、送りダクト４４が供給する燃料（例えば、天然ガス）と混合される。より多くのセンサ３４が、圧縮流体および／または燃料の特性を測定するために燃焼器４０内または燃焼器４０の周囲に配設されてもよい。燃焼器４０内の燃焼が行われ、この燃焼は、圧縮流体と燃料の混合物の温度を入口温度まで上昇させる。後で開示するように、燃料は、送りダクト４４を介して一次バーナおよび二次バーナに与えられる。弁４５ａおよび４５ｂを使用して燃料を一次バーナおよび二次バーナに与える。制御装置７０は、弁４５ａおよび４５ｂを調整して、所望の燃料の割合を一次弁および二次弁に与えるようにやはり構成される。高いエネルギーを有する燃焼したガスの流れが、ダクト５２を介してタービン５０へ供給され、このタービン５０は、発電機５４へ至るシャフト５６と機械的に接続可能である。発電機５４は、電力を発生させることができる。タービン５０は、シャフト５８を介して圧縮機３２にやはり機械的に接続され、それによって必要な駆動力を圧縮機３２に供給する。吐出ガスは、タービン５０から出口ダクト６０を通じて放たれる。入口ダクト５２と出口ダクト６０は共に、センサ３４によって監視することができる。

【0021】

センサ３４からのデータは、制御装置７０に与えられる。制御装置７０は、入力ポート７２を介して追加のデータを受け取ることができる。制御装置７０が算出したプロセスに基づいて、例えば、翼を回転させるための指令、シャフトの回転速度を変更するための指令などの様々な指令が、出力ポート７４を介してガスタービン３０の様々な部分に与えられる。制御装置７０の詳細構造は後述する。

【0022】

例示的な実施形態によれば、ガスタービンの提案した新しい制御は、出口６０で測定／決定されるタービン温度排気（ｔｔｘ）か、圧縮機３２の吐出圧力とタービン５０の排気圧の間の比として測定／決定されるタービン圧力比（ｔｐｒ）かに基づいている。図２を参照すると、圧縮機３２の吐出圧力は、点８０で測定し、タービン５０の排気圧は、点６０で測定する。しかし、例示的な実施形態によれば、排気圧は、燃焼器４０内部で、タービン５０の入口で、またはタービン５０内部で測定／評価されてもよい。これらの圧力は、後でより詳細に述べる。ｔｔｘを決定するための次に述べる事項は、例示のためのものであり、開示した主題を限定するものではないことに留意されたい。

【0023】

図３は、（ｔｔｘ，ｔｐｒ）平面を示す。この平面内の各点は、図４に示すように、集合Ａに属するとみなすことができる。集合Ａは、燃焼モデルに基づいてガスタービン３０の動作点を含むものとして定義される。集合Ａは、点の部分集合Ｂを包含する。これらの点は、次に述べるように決定され、ガスタービン３０の最適な動作点として定義される。

【0024】

一定の入口温度、一定の速度、一定のＩＧＶ角度、一定の空気の比湿、および一定のブリード条件に対応する平面（ｔｔｘ，ｔｐｒ）のこれらの点、すなわち、集合Ａからの点は、曲線９０によって表すことができ、この曲線９０は、上向きのくぼみを有し得る。タービン圧力比ｔｐｒは、圧縮機入口温度によって変化し得る。ｔｐｒ＝ｔｐｒ₀で接線９２を有する放物線であり得る曲線９０の近似値を求めるときに導入される誤差は小さく、ｔｐｒ₀の近くｔｐｒの値については無視することができる。当業者は、他の近似関数を使用してもよいことが認識されよう。

【0025】

圧縮機入口温度、圧縮機速度、およびＩＧＶ角度を徐々に変えると、曲線９０は、例えば、その一次導関数において何らの不連続性もなく、徐々に変化する。したがって、ｔｔｘに基づいて計算できる一定の入口温度の軌跡は、接線９２を線形補間することによって近似値を求めることができる。

【0026】

上述の集合Ｂの点に基づいて、後述する関数ｆが、集合Ｃに属する点を決定するために適用される。集合Ｃの点は、制御論理の通りにガスタービンが動作するための設定点である。言い換えれば、集合Ｃに属する点が、次に述べるように計算され、ガスタービン３０の操作者が、ガスタービンを集合Ｃ内に維持するためにいくつかのパラメータを制御する。図４は、この概念を示す。

【0027】

例示的な実施形態によれば、関数ｆは、ｆ＝ｇ・ｈ・ｌとして定義することができ、ただし、ｇ、ｈおよびｌは、数学関数または演算子である。例えば、ｇは、適切な燃料特性を用いる線形補間であってもよく、ｈは、ＩＧＶの角度およびガスタービン速度の双線形補間であってもよく、およびｌは、ｐ・Ｔ^((1-γ^)/γ⁾＝一定によって与えられるポリトロープ補正であってもよい。定義域Ｂを設定すると、値域Ｃが、関数ｆを通じて全面的に定められる。Ｂ内の局所摂動は、Ｃ内の局所摂動をもたらす。応用に応じて、より多くのまたはより少ない関数、または様々な関数が、関数ｆを定義するために使用されてもよい。言い換えれば、上記のｇ、ｈ、およびｌの関数の代わりに、他の関数が使用されてもよく、または異なるいくつかの関数が使用されてもよい。

【0028】

次に、ガスタービン３０を効率的に動作させるために維持することが望まれる設定ｔｔｘ温度の決定を述べる。ガスタービンが、以下の範囲、すなわち、室温ｔａｍｂ（範囲がｔａｍｂ_i-1≦ｔａｍｂ≦ｔａｍｂ_iであることに留意されたい）、ＩＧＶ角度ｉｇｖ（範囲がｉｇｖ_j-1≦ｉｇｖ≦ｉｇｖ_jであることに留意されたい）、およびガスタービン速度ｔｎｈ（範囲がｔｎｈ_k-1≦ｔｎｈ≦ｔｎｈ_kであることに留意されたい）についての範囲で動作できると仮定する。また、ガスタービンは、最適な入口温度で制御されるものと考える。上記の範囲に基づいて、ガスタービンの動作点は、以下の各点によって定められる曲線によって図５に示す（ｔｔｘ，ｔｐｒ）空間内で表すことができる。希薄燃料および最低室温について４つの点Ａ１〜Ａ４があり、希薄燃料および最高室温について４つの点Ｂ１〜Ｂ４があり、リッチ燃料および最低室温について４つの点Ｃ１〜Ｃ４があり、リッチ燃料および最高室温について４つの点Ｄ１〜Ｄ４がある。点の個数は、補間関数の性質に従って変わり得る。

【0029】

希薄燃料およびリッチ燃料は、次のように定義される。産業的用途向けのガスタービンは、９０％を上回るＣＨ₄を含有する天然ガスを使用している。天然ガスは、リッチガス燃料であると考えられる。天然ガスを不活性ガス、例えば窒素、二酸化炭素、およびアルゴンとブレンドすることによって、より希薄なガス燃料、すなわち低いＬＨＶ値をもたらす（ＬＨＶは、ガスの低い発熱量であり、ガスを燃焼することによってガスの単位質量から得ることができるエネルギー量を説明している）。リッチ燃料は、天然ガスをエタン、プロパンおよび／またはブタンのようなより重い炭化水素とブレンドすることによって得ることができる。

【0030】

上述の点集合ごとに、中心点（Ａ５、Ｂ５、Ｃ５およびＤ５）が、２つの双線形補間（上述の関数ｇ）を用いて計算される。双線形補間は、規則的な格子上の２変数の補間関数についての線形補間の拡張である。双線形補間は、まず、一方向に線形補間を行い、次いで他の方向に再び線形補間を行う。点Ａ５およびＢ５は、希薄ガスについての温度制御曲線１００を定め、点Ｃ５およびＤ５は、リッチガスについての温度制御曲線１０２を定める。上述したように、双線形補間ではない別の関数が使用されてもよい。

【0031】

ｔｔｘ設定点は、ＬＨＶ実際ノカ゛ス、ＬＨＶリッチカ゛ス、およびＬＨＶ希薄カ゛スに基づき２つの制御曲線１００および１０２上の実際の圧力比に対応する２つの縦座標の線形補間（上述の関数ｈ、または別の応用例では、他の関数）を用いて決定される。

【0032】

より多くの点が、他の条件および／または検討されるパラメータの値について計算される場合、より多くのｔｔｘ設定点を決定することができる。対応するｔｐｒ比に対してこれらの点をプロットすることによって、図６に示す参照排気温度曲線１０４になる。参照排気温度曲線１０４は、２つの制御曲線１００と１０２の間にあることに留意されたい。例示的な一実施形態（図示せず）によれば、曲線１０４は、曲線１００および１０２に平行である。

【0033】

ｔｔｘ設定点を計算するステップは、図７に示すブロック図において表すことができる。この図によれば、データセレクタユニット１１０は、室温ｔａｍｂ、翼ＩＧＶの回転角、シャフトの回転速度ｔｎｈ、およびリッチガスマトリックスデータを入力として受け取る。リッチガスマトリックスデータの一例は、
ｔｔｘｒ

【0034】

【表1】

であり、リッチガスのタービン圧力比マトリックスは、
ｔｐｒｒ

【0035】

【表2】

によって与えられる。

【0036】

（図５に示す）８つの点Ｃ１〜Ｃ４およびＤ１〜Ｄ４は、データセレクタユニット１１０によって出力される。この出力は、補間器ユニット１１２に入力として与えられる。リッチガスマトリックスデータの代わりに希薄ガスマトリックスデータを使用することを除いて、同じプロセスが、同じパラメータについてデータセレクタユニット１１４によって繰り返される。補間器１１２および１１６からの出力、すなわち、ｔｐｒ実際の制御曲線に対するリッチガスｔｔｘ、ｔｐｒ実際の制御ガスに対する希薄ガスｔｔｘは、２つのｔｔｘ設定点を計算するために、計算ユニット１１８に入力として与えられる。線形補間器１２０は、２つのｔｔｘ設定点を受け取り、それらを補間して最終的な点、ｔｔｘ設定点を生成する。線形補間器１２０の出力に基づいて、点火ユニット１２２は、ガスタービンのｔｔｘ設定点の変数を計算することができる。線形補間器１２０および点火ユニット１２２は、燃料ガスＬＨＶに関する情報を直接受け取ることができることに留意されたい。

【0037】

ｔｔｘ設定点をとると、コントローラ７０は、ガスタービンを効率的に動作させるために、この値を監視し、ガスタービン３０の様々なパラメータ（例えば、ＩＧＶの角度、燃料量など）を調整して、所定の範囲内にｔｔｘ設定点を維持するようにプログラムされてもよい。シングルシャフトガスタービンを使用する例示的な一実施形態では、ｔｔｘ設定点は、ＩＧＶ角度を制御することによって調整することができる。ここで、ガスタービンが従うことが望まれる参照排気温度曲線ｔｔｘｈ１０４が、計算される。

【0038】

ガスタービンの動作パラメータを特定する３つのベクトルを検討する。これらのベクトルは、ｔａｍｂ、ｉｇｖ、およびｔｎｈであり、これらのベクトルは、室温、ＩＧＶ翼の角度、およびシャフトの回転速度に対応する。これら３つのベクトルについての数式は、
ｔａｍｂ＝［ｔａｍｂ_i］＝［ｔａｍｂ₁，ｔａｍｂ₂，…，ｔａｍｂ₇］
であり、ただし添え字ｉは、
ｔａｍｂ＜ｔａｍｂ₂の場合は２、
ｔａｍｂ₂≦ｔａｍｂ＜ｔａｍｂ₃の場合は３、
ｔａｍｂ₃≦ｔａｍｂ＜ｔａｍｂ₄の場合は４、
ｔａｍｂ₄≦ｔａｍｂ＜ｔａｍｂ₅の場合は５、
ｔａｍｂ₅≦ｔａｍｂ＜ｔａｍｂ₆の場合は６、
ｔａｍｂ₆≦ｔａｍｂの場合は７
であり、式中、ｔａｍｂは実際の室温である。

【0039】

ｉｇｖ角度ベクトルは、
ｉｇｖ＝［ｉｇｖ_j］＝［ｉｇｖ₁，ｉｇｖ₂，…，ｉｇｖ₆］として定められ、ただし、添え字ｊは、
ｉｇｖ＜ｉｇｖ₂の場合は２、
ｉｇｖ₂≦ｉｇｖ＜ｉｇｖ₃の場合は３、
ｉｇｖ₃≦ｉｇｖ＜ｉｇｖ₄の場合は４、
ｉｇｖ₄≦ｉｇｖ＜ｉｇｖ₅の場合は５、
ｉｇｖ₅≦ｉｇｖの場合は６
であり、式中、ｉｇｖは実際のｉｇｖ角度である。

【0040】

ｔｎｈシャフト速度ベクトルは、
ｔｎｈ＝［ｔｎｈ_k］＝［ｔｎｈ₁，ｔｎｈ₂，ｔｎｈ₃，ｔｎｈ₄］として定義され、添え字ｋは、
ｔｎｈ＜ｔｎｈ₂の場合は２であり、
ｔｎｈ₂≦ｔｎｈ＜ｔｎｈ₃の場合は３であり、
ｔｎｈ₃≦ｔｎｈの場合は４であり、
ただし、ｔｎｈは、実際のシャフト速度の割合である。ｉ、ｊおよびｋの値は、応用例によって異なり、多数の可能性を含み得る。

【0041】

４つの３Ｄマトリックスは、参照排気温度曲線ｔｔｘｈ、すなわち、ガスタービンを制御するための操作者が使用する参照曲線を計算するために導入される。例示的な実施形態によれば、ｔｔｘｈは、点の軌跡として見ることができ、この軌跡ではガスタービンが、最適なｔｔｘ値およびｔｐｒ値で動作する。４つのマトリックスは、排気温度希薄燃料マトリックスｔｔｘｌ、圧力比希薄燃料マトリックスｔｐｒｌ、排気温度リッチ燃料マトリックスｔｔｘｒ、および圧力比リッチ燃料ｔｐｒｒである。これらのマトリックスの要素を以下に挙げる。
希薄燃料の場合、ｔｔｘｌ＝［ｔｔｘｌ_i,j,k］、
希薄燃料の場合、ｔｐｒｌ＝［ｔｐｒｌ_i,j,k］、
リッチ燃料の場合、ｔｔｘｒ＝［ｔｔｘｒ_i,j,k］、および
リッチ燃料の場合、ｔｐｒｒ＝［ｔｐｒｒ_i,j,k］
である。

【0042】

実際の動作条件ｔａｍｂ、ｉｇｖおよびｔｎｈが、範囲ｔａｍｂ_i-1≦ｔａｍｂ＜ｔａｍｂ_i、ｉｇｖ_j-1≦ｉｇｖ＜ｉｇｖ_j、およびｔｎｈ_k-1≦ｔｎｈ＜ｔｎｈ_k内にあると仮定すると、実際の参照曲線ｔｔｘｈは、
ｔｔｘｈ＝ｔｔｘｈａ＋Δｔｔｘｈ
によって与えられ、ただし、ｔｔｘｈａは、最適なｔｔｘおよびｔｐｒの点でのガスタービンの動作についての参照曲線を定め、圧縮機入口圧力およびガスタービン排気圧降下を考慮もし、Δｔｔｘｈは、タービンの入口圧力降下および排気圧降下が変化する間に、タービン入口温度を最適な値に維持するために使用されるｔｔｘｈａの補正である。

【0043】

参照曲線ｔｔｘｈａは、
ｔｔｘｈａ＝ｔｔｘｈｒ・（ＬＨＶ−ＬＨＶｌ）／（ＬＨＶｒ−ＬＨＶｌ）＋ｔｔｘｈｌ・（ＬＨＶｒ−ＬＨＶ）／（ＬＨＶｒ−ＬＨＶｌ）
として定義され、ただし、ｔｔｘｈａを定めるパラメータは、次のように定義され、すなわち、
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）
であり、
ＬＨＶは、実際の燃料の低い発熱量であり、
ＬＨＶｌは、希薄燃料の低い発熱量であり、
ＬＨＶｒは、リッチ燃料の低い発熱量である。
以下の双線形補間が適用され、すなわち、
ｔｔｘｌ_i-1＝双線形補間（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＝双線形補間（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＝双線形補間（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＝双線形補間（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＝双線形補間（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＝双線形補間（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＝双線形補間（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）、および
ｔｐｒｒ_i＝双線形補間（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）
である。

【0044】

補正Δｔｔｘｈは、
Δｔｔｘｈ＝ｔｔｘｈ・（（ｐａｍｂ実際＋Δｐ排気 参照）／（ｐａｍｂ実際＋Δｐ排気））⁽γ^/(1-γ^))-1)＋
（（ｐａｍｂ実際−Δｐ入口 参照）／（ｐａｍｂ実際−Δｐ入口））⁽γ^/(1-γ^))-1)）によって与えられ、ただし、
γ＝ａ・ｔｐｒ＋ｂであり、ａおよびｂは一定であり、γは、ガスタービンのポリトロープ拡張（ｐ・ｔ^((1-γ^)/γ⁾＝一定）にフィットするようになされる。

【0045】

補正Δｔｔｘｈは、数ある中でも、実際のガスタービンの排気圧降下および入口圧力降下を考慮に入れる。ガスタービン温度制御曲線（例えばｔｔｘｈ）が、参照排気圧降下Δｐ排気 参照および参照入口圧力降下Δｐ入口 参照に依存するとき、例えば関数Δｔｔｘｈを用いて様々な排気圧降下および入口圧力降下についてこれらの曲線を補正することが可能である。

【0046】

実際の入口圧力降下値Δｐ入口 実際は、圧縮機の入口でのチリの量により評価する代わりに測定されてもよい。言い換えれば、圧縮機吸気系統の圧力降下は、流れの条件に依存すると共に、吸い込みフィルタ内のチリに依存し、周期的なチリの付着および剥離が、時間と共に入口圧力降下の予測できない変動性を引き起こし得る。一応用例では、例えば熱量計の故障または較正の問題によりＬＨＶ信号が利用できない場合、コントローラ７０は、ＬＨＶテ゛フォルトを使用して実際のＬＨＶに優先するように構成されてもよい。

【0047】

上記の双線形補間、線形補間、およびポリトロープ拡張は、上に示すようにガスタービンのパラメータ、例えば、許容範囲の様々な点ｉ、ｊおよびｋでのＩＧＶ角度およびシャフト回転速度に適用されるときに、参照曲線ｔｔｘｈ上にｔｔｘ設定点を生成する。例示的な一実施形態では、複数のｔｔｘ設定点が、様々な条件の場合にガスタービンについて計算され、これら全ての点ｔｔｘ設定点が、ｔｔｘｈ曲線の一部である。次に述べるように、他の参照曲線は、ｔｔｘｈから決定することができる。これらの追加の参照曲線は、ガスタービンの動作を制御するために使用することもできる。

【0048】

例示的な実施形態によれば、参照排気温度対圧縮機圧力比曲線ＴＴＲＸは、ガスタービンを制御するために使用することができる。ＴＴＲＸ曲線は、ＴＴＲＸ＝Ｍｉｎ（Ｉｓｏｔｈｅｒｍ_NO，ｔｔｘｈ）として定義することができ、ただし、Ｉｓｏｔｈｅｒｍ_NOは、通常の動作条件でガスタービンの等温線として定義される。一応用例では、Ｉｓｏｔｈｅｒｍ_NOは、タービンのロータが曝され得る最高温度を表す。排気温度対ＩＧＶの制御曲線は、ＴＴＲＸＧＶ＝ＴＴＲＸとして定義することができる。排気温度対燃料の制御曲線は、ピーク負荷モードがオフの場合にはＴＴＲＸＢ＝ＴＴＲＸＢ_NOとして定義することができ、ピーク負荷モードがオンの場合にはＴＴＲＸＢ＝ＴＴＲＸＢ_PKとして定義することができる。ピーク負荷モードは、一定の動作条件（室温、圧力、シャフト速度、ＩＧＶ位置、および燃料ガスの組成）で実行し、公称のものより高いパワーを出力するガスタービンとして定義される。この条件は、ガスタービンの動作入口温度が、公称温度より高いときに生じる。ＴＴＲＸＢ_NOは、ＴＴＲＸ＋Ｍｉｎ（（ＩＧＶ最大−ＩＧＶ設定点）・Δ１，Δ２）によって与えられ、ただし、Δ２は、Ｍｉｎ関数の値を制限する値であり、ＴＴＲＸＢ_PKは、Ｍｉｎ（Ｉｓｏｔｈｅｒｍ_PK，ｔｔｘｈ＋ΔＰＫ）によって与えられる。

【0049】

ΔＰＫは、
ΔＰＫ＝Δｔｔｘｒ・（ＬＨＶ−ＬＨＶｌ）／（ＬＨＶｒ−ＬＨＶｌ）＋Δｔｔｘｌ・（ＬＨＶｒ−ＬＨＶ）／（ＬＨＶｒ−ＬＨＶｌ）によって与えられ、
ＬＨＶは、実際の燃料の最低発熱量、
ＬＨＶｌは、希薄燃料の最低発熱量、
ＬＨＶｒは、リッチ燃料の最低発熱量、
Δｔｔｘｌ＝Δｔｔｘｌ_i-1＋（Δｔｔｘｌ_i−Δｔｔｘｌ_i-1）・（ｔａｍｂ−ｔａｍｂ_i-1）／（ｔａｍｂ_i−ｔａｍｂ_i-1）、および
Δｔｔｘｒ＝Δｔｔｘｒ_i-1＋（Δｔｔｘｒ_i-1−Δｔｔｘｒ_i-1）・（ｔａｍｂ−ｔａｍｂ_i-1）／（ｔａｍｂ_i−ｔａｍｂ_i-1）である。

【0050】

上記のＩＧＶによる排気温度制御および燃料曲線による排気温度制御は、次のように、ガスタービンの制御に用いることができる。ガスタービンは、例えば、タービンのシャフトの速度、（圧縮機に与えられる空気量を直接制御する）ＩＧＶの角度、燃焼器に与えられる燃料量、燃焼器に与えられる燃料／空気の比などを変えることによって制御することができる。例示的な実施形態によれば、シングルシャフトガスタービンについては、まず、ＩＧＶの角度を使用してガスタービンの動作を制御し、すなわち、（ｔｔｘ対ｔｐｒ平面内で）上で計算したｔｔｘｈ曲線上のｔｔｘ実際 点を維持する。言い換えれば、ガスタービンの様々な状態（例えば、負荷の変化）により実際のｔｔｘ実際 点がｔｔｘｈ曲線から外れるとき、第１の制御は、ＩＧＶの角度を調整して、ガスタービンのｔｔｘ実際 点をｔｔｘ設定点にもたらすようにする。しかし、この制御は、飽和点、すなわちＩＧＶの角度がさらに修正できないまたはＩＧＶの角度がさらに修正するように望まれない点に到達することができる。このとき、ガスタービンに与えられる燃料量は、ｔｔｘ実際 点がｔｔｘ設定点と一致するようになされるまで変更されてもよい。この制御が飽和になる場合、圧縮機が与える流体と燃焼器の中に噴射される燃料との間の比を変更し、したがって燃料の流量を制限し、ｔｔｘ実際 点をさらに調節することも可能である。

【0051】

ｔｔｘ対ｔｐｒ平面内のｔｔｘｈ曲線を十分に決定するために、次に、タービン圧力比ｔｐｒの決定について述べる。ガスタービン排気圧は、測定されるよりも、評価されることはさほど難しくない。タービン圧力比ｔｐｒに関わる圧力が測定されてもよいが、計算は、測定したｔｐｒよりももっと精確であるので、次に述べるようにｔｐｒを計算することが好ましい。このことについては、ガスタービン中の位置８０および６０で渦が現れる可能性があり、圧力が短い距離にわたって変動し得るときに、この渦は、測定した圧力をあまり精確でないものにさせることに留意されたい。評価は、煙道圧降下、排気データ、および周囲気圧の特性に基づいて行われ得る。例示的な実施形態によれば、タービン圧力比ｔｐｒは、評価した排気圧降下および絶対的な圧縮機吐出圧力に基づいて決定される。一実施形態では、排気圧降下は、点６０（図２参照）で決定され、一方、絶対的な圧縮機吐出圧力は、点８０（図２参照）で決定される。別の実施形態では、多段を有する圧縮機については、絶対的な圧縮機吐出圧力が、最終段の下流にある吐出し口ディフューザの後で決定される。例示的な本実施形態によれば、絶対的な圧縮機吐出圧力が測定される。

【0052】

例示的な実施形態によれば、排気圧降下は、２つの項、タービン５０の煙道中の質量の流れによる圧力降下、および煙突効果による圧力回復からなる。煙突効果は、ガスタービン排気管と大気への煙道吐出との間に高さの違いがある場合に現れ得る。第１項は、ａ_a・ρ排気・ｖ²によって与えられ、第２項は、（ρ空気−ρ排気）・Δｈによって与えられる。本計算に使用する各定数、パラメータ、および変数の意味は、後に与える。したがって、煙道中の質量の流れによる総排気圧降下は、以下のように表すことができ、
Δρ排気＝ａ_a・ρ排気・ｖ²−（ρ空気−ρ排気）・Δｈ、この式は、
ａ_a・ρ排気・ｖ²＝ａ_a・ρ排気・（Ｗ排気／（ρ排気・ａ_b））²＝
ａ_a・（Ｗ排気／ａ_b）²／ρ排気＝ａ／ρ排気・Ｗ排気²のように書き直すことができる。

【0053】

この式を簡単にするために、煙道中のガスの密度ρが実際の排気圧降下から独立しており、ここでは周囲気圧である吐出圧力だけに依存すると仮定するが、これは、排気圧降下は周囲気圧のごくわずかに過ぎないと考えられるからである。したがって、この簡単化によって導入される誤差は、無視することができる。排気密度ρ排気は、
ρ排気＝ρ排気 参照・ｔｔｘ参照／ｔｔｘ実際・ｐａｍｂ実際／ｐａｍｂ参照
のように表すことができる。
大気密度は、
ρ空気＝ρ空気 参照・ｔａｍｂ参照／ｔａｍｂ実際・ｐａｍｂ実際／ｐａｍｂ参照、
のように表すことができ、ただし、
ρ排気は、ｔｔｘ実際温度およびｐａｍｂ実際周囲気圧での排気の密度、
ρ排気 参照は、ｔｔｘ参照温度およびｐａｍｂ参照周囲気圧での排気の密度、
ρ空気は、実際の圧力および温度での大気の密度、
ρ空気 参照は、参照圧力および温度での大気の密度、
Δｈは、ガスタービンの排気と、外気への煙道の吐出との間の高度差、
ｖは、煙道内部の排気速度、
ｔｔｘ参照は、参照排気温度、
ｔｔｘ実際は、実際の排気温度、
ｐａｍｂ参照は、参照周囲気圧、
ｐａｍｂ実際は、実際の周囲気圧、
Ｗ排気実際は、実際の排気の質量流量、および
ａは、特定の排気ダクトに典型的な定数である。
例示的な本実施形態では、排気の組成は、予混合モード動作にわたってほぼ一定であり、したがってその密度は、所与の温度でほぼ一定であると仮定する。

【0054】

排気の質量流量は、次のように評価することができる。圧縮機の空気の質量流量が、圧縮機の圧力比から独立していると仮定するが、これは、この仮定によって導入される誤差は、排気圧降下を評価する場合には無視しても構わないためである。ガスタービンの軸流圧縮機の空気の質量流量は、以下の伝達関数によって評価することができる。
Ｗ空気実際＝ＳＧ_ha・ｐ入口実際／ｐ入口参照・（ｆ₃・ｘ³＋ｆ₂・ｘ²＋ｆ₁・ｘ＋ｆ₀）・ｆ₄・Ｗ空気参照・ｋ、ただし、
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、
ｔｎｈ実際／ｔｎｈ参照＜ｔｎｈ閾値の場合、ｆ₄＝ａ₄₁・ｚ³＋ｂ₄₁・ｚ²＋ｃ₄₁・ｚ＋ｄ₄₁、
ｔｎｈ実際／ｔｎｈ参照≧ｔｎｈ閾値の場合、ａ₄₂・ｚ³＋ｂ₄₂・ｚ²＋ｃ₄₂・ｚ＋ｄ₄₂、
ｘ＝ｉｇｖ実際／ｉｇｖ参照、
ｙ＝ｔｎｈ実際／ｔｎｈ参照・（ｔ入口参照／ｔ入口実際）^0.5、
ｚ＝ｔｎｈ実際／ｔｎｈ参照・（ｔ入口参照／ｔ入口実際）、ならびに
ａ_iおよびａ_ijは、応用特有の定数である。

【0055】

ガスタービンは、ＩＢＨシステムを備えるので、いくつかの部分負荷動作条件で、圧縮機の空気質量流量の一部は再循環し、排気ダクトに入らない。また、燃料ガス質量流量は、排気ダクトを通じて完全に入る。したがって、Ｗ排気実際＝Ｗ空気実際・（１−ＩＢＨ一部）＋Ｗ燃料実際である。この例示的な実施形態では、軸受けへの空気は、冷却送風機からの空気を補償すると仮定した。

【0056】

ガスタービンが排気温度制御にある間、燃料／空気の質量比は、特定の燃料ガスの組成についてほぼ一定であると考えると、燃料／空気の質量流れ比は、次のように評価することができ、すなわち、
ｆａ比＝Ｗ燃料実際／Ｗ空気実際＝Ｗ燃料参照／Ｗ空気参照・ＬＨＶ参照／ＬＨＶ実際＝ｆａ比 参照・ＬＨＶ参照／ＬＨＶ実際。

【0057】

ＩＢＨ一部は、コントロールパネルによって生成され、システムが故障していない間制御される設定点である。次いで、排気質量流量は、
Ｗ排気実際＝Ｗ空気実際・（１−ＩＢＨ一部）・（１＋ｆａ比 参照・ＬＨＶ参照／ＬＨＶ実際）として評価される。

【0058】

湿っぽい空気の比重ＳＧ_haは、次のように比湿に基づいて計算することができ、すなわち、
ＳＧ_ha＝ρ_ha／ρ_da、
ｍ_ha＝ｍ_da＋ｍ_wv、
ｍ_da＝ｍ_ha・（１−ｓｈ）、
ｍ_wv＝ｍ_ha・ｓｈ、および
ｖ_ha＝ｍ_ha／ρ_ha＝ｍ_da／ρ_da＋ｍ_wv／ρ_wv
である。

【0059】

この最後の式にρ_haを掛けると、以下の数式、
ｍ_ha＝ｍ_da・ρ_ha／ρ_da＋ｍ_wv・ρ_ha／ρ_wvが得られる。ただし、
ρ_ha／ρ_da＝ＳＧ_haおよびρ_ha／ρ_wv＝ρ_ha・ρ_da／ρ_da・ρ_wv＝ＳＧ_ha／ＳＧ_wvである。

【0060】

したがって、
ｍ_ha＝ｍ_da・ρ_ha／ρ_da＋ｍ_wv・ρ_ha／ρ_wv＝ｍ_da・ＳＧ_ha＋ｍ_wv・ＳＧ_ha／ＳＧ_wv、または
ｍ_ha＝（１−ｓｈ）・ｍ_ha・ＳＧ_ha＋ｓｈ・ｍ_ha・ＳＧ_ha／ＳＧ_wvである。
この最後の式をｍ_haで割ると、
１＝（１−ｓｈ）・ＳＧ_ha＋ｓｈ・ＳＧ_ha／ＳＧ_wv、または
ＳＧ_wv＝ＳＧ_ha・（（１−ｓｈ）・ＳＧ_wv＋ｓｈ）である。
最終的に、
ＳＧ_ha＝ＳＧ_wv／（（１−ｓｈ）・ＳＧ_wv＋ｓｈ）である。

【0061】

比湿信号が利用できない、または送信機が故障モード中である場合、比湿信号は、表１に示すデータの補間によって生成される比湿対室温の曲線によって代用されてもよい。

【0062】

【表3】

以下の表記が、上記の計算に使用されている。
ｐ入口実際は、圧縮機入口での実際の空気圧であり、
ｐ入口参照は、圧縮機入口での参照空気圧であり、
ｔａｍｂは、室温であり、
ｔ入口実際は、圧縮機入口での実際の空気湿度であり、少なくとも２つの熱電対を用いて測定することができ、それによって熱電対の最大の読取り値が、ｔ入口実際であると考えられ、または１つの熱電対が故障しているおよび／または読取り値の差があまりに大きい（例えば１０Ｆ）場合、ｔａｍｂは、ｔ入口実際と考えられる。
ｔ入口参照は、圧縮機入口での参照空気湿度であり、
ｔｎｈ実際は、圧縮機の実際の速度であり、
ｔｎｈ参照は、圧縮機の参照速度であり、
ｉｇｖ実際は、実際のｉｇｖ角度であり、
ｉｇｖ参照は、参照ｉｇｖ角度であり、
Ｗ空気実際は、圧縮機入口での実際の空気質量流量であり、
Ｗ空気参照は、圧縮機入口での参照空気質量流量であり、
Ｗ排気実際は、実際の排気の質量流量であり、
Ｗ燃料実際は、燃料の質量流量であり、
ＩＢＨ一部は、圧縮機吐出からブリードした空気の一部であり、
ｆａ比 参照は、参照燃料空気質量比であり、
ＬＨＶ参照は、参照ガス燃料のＬＨＶであり、
ＬＨＶ実際は、実際のガス燃料のＬＨＶであり、
ｓｈは、空気比湿であり、
ＳＧ_xxは、ｘｘの比重（以下の添え字の並びを参照）であり、
ρ_xxは、ｘｘの密度（以下の添え字の並びを参照）であり、
ｍ_xxは、ｘｘの質量（以下の添え字の並びを参照）であり、
ｖ_xxは、ｘｘの体積（以下の添え字の並びを参照）であり、
ｈａは、湿っぽい空気であり、
ｗｖは、水蒸気であり、および
ｄａは、乾燥空気である。

【0063】

比重、圧縮機を通過する質量流量、および上述したような他のパラメータを計算したら、次いで、タービン圧力比ｔｐｒを計算することが可能である。ｔｐｒを計算するためのアルゴリズムは、次のように概要を述べることができる。
ｓｈ信号が有効で利用できる場合、ＳＧ_haを計算してＳＧ_wv／（（１−ｓｈ）・ＳＧ_wv＋ｓｈ）になり、ｓｈ送信機信号が故障である場合、ｓｈテ゛フォルトとなる。
ｘ＝ｉｇｖ実際／ｉｇｖ参照、ｙ＝ｔｎｈ実際／ｔｎｈ参照・（ｔ入口参照／ｔ入口実際）^0.5、およびｚ＝ｔｎｈ実際／ｔｎｈ参照・（ｔ入口参照／ｔ入口実際）を仮定する。
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、
ｔｎｈ実際／ｔｎｈ参照＜ｔｎｈ閾値の場合、ｆ₄＝ａ₄₁・ｚ³＋ｂ₄₁・ｚ²＋ｃ₄₁・ｚ＋ｄ₄₁、および、
ｔｎｈ実際／ｔｎｈ参照≧ｔｎｈ閾値の場合、ａ₄₂・ｚ³＋ｂ₄₂・ｚ²＋ｃ₄₂・ｚ＋ｄ₄₂。
Ｗ空気実際＝ＳＧ_ha・ｐ入口実際／ｐ入口参照・（ｆ₃・ｘ³＋ｆ₂・ｘ²＋ｆ₁・ｘ＋ｆ₀）・ｆ₄・Ｗ空気参照・ｋを定義する。
Ｗ排気実際＝Ｗ空気実際・（１−ＩＢＨ一部）・（１＋ｆａ比 参照・ＬＨＶ参照／ＬＨＶ実際）を評価する。
ρ空気＝ρ空気 参照・ｔａｍｂ参照／ｔａｍｂ実際・ｐａｍｂ実際／ｐａｍｂ参照を計算する。
ρ排気＝ρ排気 参照・ｔｔｘ参照／ｔｔｘ実際・ｐａｍｂ実際／ｐａｍｂ参照を計算する。
Δｐ排気＝ａ_a・ρ排気・ｖ²−（ρ空気−ρ排気）・Δｈを計算する。
ｔｐｒ＝ｃｐｄ／（ｐａｍｂ実際＋Δｐ排気）を評価する。ただし、ｃｐｄは、この応用例で測定される絶対的な圧縮機吐出圧力である。

【0064】

したがって、ｔｔｘｈ曲線１０４（図６参照）は、この段階で十分に決定される。ガスタービンのための温度制御曲線が、参照排気圧降下Δｐ排気 参照および参照入口圧力降下Δｐ入口 参照についてセットアップさた場合、すでに上述したように補正Δｔｔｘｈを用いて、異なる排気圧降下および入口圧力降下、例えば実際のものについて、温度制御曲線を補正することが可能である。

【0065】

上記の温度制御論理の１つまたは複数の利点を次に述べる。ガスタービンを制御するために上記開発した手順全体は、マトリックスに基づいたものであるので、手順は柔軟であり、簡単な現場チューニングを可能にする。この手順は、実際の燃料のＬＨＶ（または別に指定のある場合、他の燃料特性）に基づいて、定格負荷運転中およびピーク負荷運転中に、制御された排気温度をバイアスすることができる。このバイアスに基づいて、汚染物排出、燃焼動力学、および燃焼器のターンダウンマージンをより良く制御することが可能である。

【0066】

ピークモードを使用可能にするとき、ベース負荷出力が駆動機械の電力需要をカバーするのに十分である場合、ガスタービンは、通常の入口温度に留まってもよく、ベース負荷出力が駆動機械の電力需要をカバーしない場合、ガスタービンは、オーバーファイアに留まってもよい。ピーク点火値は、燃料特性によってバイアスされてもよい。ピークモードを常に使用可能に維持するこの「スマート」挙動に基づいて、修正ウォッベ指数（ＭＷＩ）ベース負荷が変化する場合にガスタービンをより反応しやすく構成し、および／または任意の動作点から始まるより大きい負荷ステップアップ（最大の運転予備力）を引き受けるようにガスタービンを構成することが可能である。

【0067】

ＭＷＩは、ＬＨＶ_gas／（ＳＧ_gas・Ｔ_gas）^0.5によって与えられ、ここで、ＬＨＶ_gasはガスのより低い発熱量であり、ＳＧ_gasはガスの比重であり、Ｔ_gasは燃料ガスの温度である。
動作モード変更を決定する閾値の計算
上記の例示的な実施形態は、排気温度参照曲線に基づいてガスタービンを制御することを説明した。しかし、ガスタービンの改良した制御については、他のパラメータおよび曲線が計算されてもよい。次に述べられるそのような例の１つは、一次から希薄−希薄へのモード移行閾値曲線ｔｔｘｔｈである。

【0068】

ｔｔｘｔｈ曲線を計算する前に、ガスタービンのモードを述べる。しかし、これらのモードをより良く理解するためには、ガスタービンに関する以下の議論が、適切であると考える。例示的な実施形態によれば、図２に示す燃焼器４０は、図８に示す構造を有してもよい。より具体的には、燃焼器４０は、一次バーナ１１２、および少なくとも二次バーナ１１４を取り囲む壁１１０を有してもよい。１つまたは複数の二次バーナ１１４が使用されてもよい。一次バーナ１１２と二次バーナ１１４は共に、対応する燃料供給ライン１１６および１１８を介して１つまたは複数の燃料源（図示せず）に接続され得る。一次バーナ１１２は、燃料を一次領域１２０に噴射し、この一次領域１２０で、圧縮機３２が供給する流体（例えば、空気、酸素など）と接触する燃料を点火し、火炎１２４が、一次領域１２０内に発生することになる。二次バーナ１１４は、燃料を二次領域１２６に噴射し、そこで追加の火炎が、圧縮機からの流体の存在中で二次バーナ１１４からの追加の燃料を点火することによって発生できる。

【0069】

ガスタービンの動作のモードは、メインモードおよびサブモードに分類することができる。メインモードは、一次バーナおよび／または二次バーナならびに点火が行われる領域に供給される燃料量によって特徴付けられる。メインモードは、一次モード、希薄−希薄モード、および予混合モードである。他のモードが、用途、タービンのタイプなどに応じて定義または使用されてもよい。一次モードは、図８に示されており、半分を超える燃料が一次バーナ１１２に供給され、火炎の大部分は、一次領域１２０内に存在することによって特徴付けられる。二次バーナ１１４には、少量の燃料が供給されるか、または全く燃料が供給されない。一応用例では、全燃料が一次バーナに供給され、二次バーナには全く燃料が供給されない。一次モードは、ガスタービンが起動またはベース負荷の第１の所定の割合まで負荷される間に使用される。第１の所定の割合は、用途に応じる。例示的な一実施形態では、第１の所定の割合は、ベース負荷の約２０％である。一次モードは、拡散火炎モードであり、すなわち、燃料は、点火する前に酸化剤（例えば、空気）と予混合されない。これは、点火する前に燃料が酸化剤と予混合される予混合モードと対照的である。希薄−希薄モードは、拡散火炎モード中に動作するバーナと、予混合モード中に動作するバーナとを備えることができる。

【0070】

ガスタービンの動作モードは、第１の所定の割合を超えて負荷が増加するときに、希薄−希薄モードへ変化し、この負荷は、第１の所定の割合と第２の所定の割合の間にある。例示的な一実施形態では、第２の所定の割合は７５％であるが、用途に応じて異なる値を有してもよい。また、希薄−希薄モードについては、二次バーナ１１４は、図９に示すように作動され、約６０％の燃料が、一次バーナに供給され、および約４０％の燃料が、二次バーナに供給される。しかし、この割合は、例示のためのものであり、それらは、用途によって変更され得る。このモードについては、一次領域１２０および二次領域１２６の両方の領域内に火災がある。

【0071】

ガスタービンのモードは、例えば約８０％〜１００％であり得る第３の所定の割合まで負荷が増加するときに、予混合モードにさらに変化する。この段階では、大部分の燃料が、一次バーナ１１２に与えられ、一方、燃料の残りが、二次バーナ１１４に与えられる。しかし、図１０に示すように、火炎は、一次領域１２０から二次領域１２６へ動いたことに留意されたい。このモードでは、ガスタービンは、最低の放出物質、すなわち低いＮＯｘ／ＣＯ汚染物質で動作する。

【0072】

上述のメインモードの関連したサブモードは、次の通りであり、すなわち、希薄−希薄モードの場合は、（１）希薄−希薄プレフィルモード、（２）希薄−希薄過渡、および（３）希薄−希薄定常状態、ならびに予混合モードの場合は、（１）予混合二次、（２）予混合過渡、および（３）予混合定常状態である。各モードおよびサブモードは、その作動を引き起こす特定の条件を有する。一度に１つだけの動作モードを作動できる。

【0073】

次に、一次モードから希薄−希薄モードへ移行するための閾値曲線ｔｔｘｔｈを計算する仕方を述べる。希薄−希薄から予混合モードへの移行閾値は、図５および図６に関して上で計算したｔｔｘｈ曲線に基づいている。閾値曲線ｔｔｘｔｈは、参照ｔｔｘｈ曲線と同様に計算され、すなわち、ｔａｍｂ、ｉｇｖおよびｔｎｈベクトルが、様々な範囲のこれらのパラメータ、３Ｄマトリックスｔｔｘｔｌ、ｔｐｒｔｌ、ｔｔｘｔｒ、ｔｐｒｔｒに基づいて定められ、これらはタービン排気温度を特定し、圧力比が生成され、実際の閾値曲線ｔｔｘｔｈが数式ｔｔｘｔｈ＝ｔｔｘｔｈａ＋Δｔｔｘｔｈに基づいて計算される。数学的手続きの観点で、ｔｔｘｈとｔｔｘｔｈを計算することの間の差は、追加のシンボル「ｔ」であることに留意されたい。したがって、このため、ｔｔｘｔｈを計算するためのアルゴリズム全体は、再度繰り返されないが、ｔｔｘｈを計算するために使用されるものであると考えられる。ｔｔｘｈおよびｔｔｘｔｈ曲線を計算するために使用されるアルゴリズムは同じであるが、これらの２つの曲線の値の差は、３Ｄマトリックスｔｔｘｔｌ、ｔｐｒｔｌ、ｔｔｘｔｒおよびｔｐｒｔｒの特定の値によって決定され、すなわち、
希薄燃料の場合、ｔｔｘｔｌ＝［ｔｔｘｔｌ_i,j,k］
希薄燃料の場合、ｔｐｒｔｌ＝［ｔｐｒｔｌ_i,j,k］
リッチ燃料の場合、ｔｔｘｔｒ＝［ｔｔｘｔｌ_i,j,k］
リッチ燃料の場合、ｔｐｒｔｒ＝［ｔｐｒｔｌ_i,j,k］
である。

【0074】

加えて、ｔｔｘｈと共に上述したように、他の関数ｆが、ｔｔｘｔｈ曲線を計算するために使用されてもよい。

【0075】

Δｔｔｘｈ補正と同様に、Δｔｔｘｔｈ補正は、実際のガスタービンの排気圧降下および入口圧力降下を考慮に入れるために使用される。ガスタービンの温度制御曲線は、参照排気圧降下Δρ排気 参照、および参照入口圧力降下Δρ入口 参照に言及する。参照曲線ｔｔｘｈと同様に、補正Δｔｔｘｔｈを用いて様々な排気圧降下および入口圧力降下について閾値曲線ｔｔｘｔｈを補正することが可能である。

【0076】

例示的な実施形態によれば、図１１には、Δｔｔｘｔｈを決定するために実行される計算の概要を述べる流れ図が示される。この図によれば、データセレクタユニット１４０は、室温ｔａｍｂ、翼回転角度ＩＧＶ、シャフトの回転速度ｔｎｈ、および（ｔｔｘｈに関して上で定義した）リッチガスマトリックスデータを入力として受け取る。（図５に示す）Ｃ１〜Ｃ４およびＤ１〜Ｄ４と同様の８つの点が、データセレクタユニット１４０によって出力される。選択した機能に応じて、より多くのまたはより少ない点が使用されてもよい。この出力は、双線形補間器ユニット１４２へ入力として与えられる。希薄ガスマトリックスデータがリッチガスマトリックスデータの代わりに使用されることを除いて同じパラメータについて、同一のプロセスが、データセレクタユニット１４４によって繰り返される。データセレクタユニット１４４からの出力は、補間器ユニット１４６に入力として与えられる。補間器１４２および１４６からの出力は、すなわち、リッチガスｔｔｘｔｈ対ｔｐｒｔの実際の制御曲線、および希薄ガスｔｔｘｔｈ対ｔｐｒｔの実際の制御ガスが、２つのｔｔｘｔｈ設定点を計算するために計算ユニット１４８に入力として与えられる。線形補間器１５０は、２つのｔｔｘｔ設定点を受け取り、ガスタービンのｔｔｘｔｈ閾値を計算する。線形補間器１５０は、燃料ガスＬＨＶについての情報を直接受け取ることができ、一方、補間器ユニット１４２および１４６が、ｉｇｖおよびｔｎｈのデータを直接受け取ることができることに留意されたい。

【0077】

ここで、タービン圧力比ｔｐｒの関数として決定される参照排気温度ｔｔｘｈ曲線、およびタービン圧力比ｔｐｒの関数として一次から希薄−希薄への移行閾値参照曲線ｔｔｘｔｈをとると、ガスタービンのモード移行（変更）は、次に述べるようにこれらの曲線および他の情報に基づいて決定することができる。（ｔｔｘ，ｔｐｒ）平面が、ｔｔｘｈ曲線とｔｔｘｔｈ曲線の両方を決定するために使用されてきており、したがって、ガスタービンの制御に関する議論全体は、この平面に基づくことができることに留意されたい。
一次から希薄−希薄へのモード移行、および希薄−希薄から一次へのモード移行
一次から希薄−希薄へのモード移行、および希薄−希薄から一次へのモード移行は、（ｔｔｘ，ｔｐｒ）平面内のｔｔｘｔｈ曲線を通過するガスタービンの動作点によって引き起こされ、このことは、図５および図６に関して上述した。例示的な実施形態によれば、一次から希薄−希薄への移行シーケンス、および希薄−希薄から一次への移行シーケンスは、図１２を参照して説明される。図１２は、Ｙ軸上の分割Ｓ対Ｘ軸上の時間ｔを示す。分割Ｓは、一次バーナ（図８中の１１２参照）に与えられる燃焼器４０（図２参照）に供給された総燃料の割合、および二次バーナ（図８中の１１４参照）に与えられる総燃料の割合を示す。この割合の比は、分割Ｓと呼ばれる。例えば、分割Ｓは、４０／６０、すなわち、総燃料の４０％が一次バーナへ与えられ、総燃料の６０％が二次バーナに与えられるものであってもよい。

【0078】

図１２に関して、時間ｔ１で、分割Ｓ１がコントローラによってガスタービンへ与えられると仮定する。時間ｔ１で、（実際の動作点の）ｔｔｘ温度が、図１３に示す一次から希薄−希薄への移行閾値曲線ｔｔｘｔｈ２２０に達し、そこにまたはその上に留まるとものと考える。実際の動作点は、閾値曲線ｔｔｘｔｈ２２０に達する前に曲線２２２上を移動するように考えられる。この条件の最初（ｔ１）から所定の時間間隔Δｔ₁秒後、条件が持続する場合、すなわち、実際の動作時間が一次から希薄−希薄への移行閾値曲線ｔｔｘｔｈ上またはそこに留まる場合、コントローラは、Ｓ１からＳ２へ燃料分割を変更するように構成される。この変更は、図１２に示すように徐々に生じている。例示的な実施形態によれば、Ｓ１からＳ２への変更は、一定の変化率を有してもよい。燃料分割は、第２の時間ｔ２までのある時間間隔の間、そのような値Ｓ２のままである。例示的な実施形態によれば、時間差ｔ２−ｔ１は、事前に計算される。

【0079】

燃料分割がＳ１からＳ２へ変更されると、ガスタービンは、一次モード２００から希薄−希薄モード（２０２、２０４および２０６）へ移る。言い換えれば、一次モード２００はＳ１によって特徴付けられ、一方、希薄−希薄モードは、他の値の中でも、Ｓ２によって特徴付けられる。しかし、希薄−希薄モードは、複数のサブモードを有し、それぞれがそれ自体の燃料分割Ｓ_iを有することに留意されたい。燃料分割Ｓ２は、希薄−希薄プレフィルモードサブモード２０２を特徴付ける。便宜上、サブモードは、モードと呼ばれる。このモードの目的は、燃料ガスを用いることによってマニホルド（燃焼器）および可撓性ホースの内部の空気を一掃することであり、それによってモード間の移行シーケンスをより安定させる。

【0080】

時間ｔ₂で、プレフィルモードは完了し、コントローラは、燃料分割をＳ２からＳ３へ変更するように構成される。Ｓ３は、希薄−希薄過渡モード２０４を特徴付ける。希薄−希薄過渡モード２０４は、図８に示す二次領域内の火炎を安定化するために、時間間隔ｔ３〜ｔ４の間維持される。時間間隔ｔ３〜ｔ４も事前に計算される。時間ｔ４で、コントローラは、燃料分割を定常状態分割値Ｓ４へ変化させ、定常状態分割値Ｓ４は、希薄−希薄定常状態モード２０６を特徴付ける。一応用例では、分割Ｓ３は、Ｓ３＝Ｓ４＋ΔＳ₁として定義されてもよく、ただし、Δは、わずかな変化、すなわち約１〜１０％の範囲内である。

【0081】

時間ｔ５で、動作点２２６のｔｔｘ温度が、図１３に示すｔｔｘｔｈ＋Δｔｔｘ₁閾値曲線２２４を下回って減少するとき、希薄−希薄から一次への移行が引き起こされ、分割は、コントローラによってＳ４からＳ１へ変更される。Δｔｔｘ₁は、一次から希薄−希薄への移行閾値についての排気温度デッドバンドである。曲線ｔｔｘｔｈからｔｔｘｔｈ＋Δｔｔｘ₁によって定義されるバンドは、動作点の排気温度が、曲線２２０の上および／または下でわずかに時間変動し得るときに、２つのモードの間でガスタービンが行ったり来たり素早く変化するのを防ぐために使用される。希薄−希薄過渡２０４および希薄−希薄定常状態２０６のモード（希薄−希薄プレフィルモード２０２ではない）は、ｔｔｘ温度が、ｔｔｘｔｈ＋Δｔｔｘ₁閾値曲線２２４を下回って減少するときいつでも中止されてもよい。

【0082】

図１２に示すように、分割がＳ_iからＳ_jへ変更され、ただしＳ_i＞Ｓ_jであるとき、平均分割ランプ速度はＲ₁であり、分割がＳ_kからＳ_hへ変更され、ただしＳ_k＜Ｓ_hであるとき、平均分割ランプ速度は、Ｒ₁とは異なるＲ₂である。これらのランプ速度は、一定であってもよくおよび／または最終値および初期値Ｓ_iおよびＳ_jに依存してもよい。例示的な実施形態によれば、一次から希薄−希薄への移行が開始するとき、許容できる排気温度の広がりが、Δｔ_pr->ll秒の間、ΔＳＰ₁だけ増加し（排気温度の広がりは、一次から希薄−希薄への移行にわたって増加する）、ただし、「ｐｒ」は一次を表し、「ｌｌ」は希薄−希薄を表し、Δｔ_pr->llは一次から希薄−希薄への移行中に広がる緩和の持続時間を表す。ランプ速度の値Ｒ₁およびＲ₂、分割値Ｓ₂およびＳ₄、ならびにずれΔＳ₁は、ガスタービンのショップ／現場のチューニング中に調整することができる。

【0083】

他の例示的な実施形態限定する意図はない例示的な実施形態によれば、以下の値が、上述のパラメータに用いられてもよい。一次モードにおける分割Ｓ１は、ほぼ１００％の値を有することができ、希薄−希薄プレフィルモード中の分割Ｓ２は、ほぼ９０％の値を有することができ、希薄−希薄定常状態中の分割Ｓ４は、ほぼ６５％の値を有することができ、分割変化ΔＳ₁は、ほぼ−３％の値を有することができ、ΔＳＰ₁は、ほぼ２００Ｆの値を有することができ、Δｔ₁は、３秒程度であることができ、Δｔ_pr>llは、６０秒程度であることができ、Δｔｔｘ₁は、−２５Ｆ程度であることができる。本明細書では、ほぼなる用語は、実際の値が、意図した範囲から逸脱することなく用途に応じた量だけ提示した値からずれていてもよいことを示すために使用される。

【0084】

したがって、一次から希薄−希薄へのモード移行、および希薄−希薄から一次へのモード移行に関する上述の例示的な実施形態に基づいて、モードおよび分割燃料が共に制御されるようにガスタービンの動作点を制御することが可能である。より具体的には、図１４に示す例示的な一実施形態によれば、圧縮機、燃焼器、および少なくともタービンを備えるガスタービンの動作点を制御する方法が存在する。この方法は、タービンの排気管で排気圧降下を決定するステップ１４００と、圧縮機で圧縮機圧力吐出を測定するステップ１４０２と、排気圧降下および圧縮機圧力吐出に基づいてタービン圧力比を決定するステップ１４０４と、タービン圧力比の関数として一次から希薄−希薄へのモード移行閾値参照曲線を計算するステップ１４０６であって、一次から希薄−希薄へのモード移行閾値曲線が、ガスタービンの動作が一次モードと希薄−希薄モードの間で変更される点を含む、ステップ１４０６と、動作点に関連した排気温度が、同じタービン圧力比について、一次から希薄−希薄へのモード移行閾値参照曲線の排気温度より高いときを第１の時間に決定するステップ１４０８と、動作点に関連した排気温度が一次から希薄−希薄へのモード移行閾値参照曲線の排気温度より高いままである場合、第１の時間の後の所定の時間後に、分割燃料量を第１の値から第２の値へ変更するステップ１４１０とを含む。

【0085】

本実施形態では、一次モードは、燃料の大部分を一次バーナに与えると共に、残りの燃料を燃焼器の二次バーナに与えもしくは二次バーナには燃料を与えず、また、燃焼器の一次領域内で与えた燃料を点火し、一次領域は二次領域に隣接していると定義されており、希薄−希薄モードは、一次バーナおよび二次バーナに共に燃料を与え、一次領域および二次領の両方の領域内で与えた燃料を燃焼すると定義されている。分割燃料量は、一次バーナが受け取る総燃料のうちの第１の量、および二次バーナが受け取る総燃料のうちの第２の量を割合で記述する。

【0086】

分割燃料量の第２の値は、第１の値より小さくてもよく、第１の値は、一次モードを特徴付け、第２の値は、希薄−希薄モードの一部である希薄−希薄プレフィルモードを特徴付ける。適宜、この方法は、分割燃料量の第２の値を、希薄−希薄モードの一部である希薄−希薄過渡モードを特徴付ける第３の値に所定の第２の時間に変更するステップと、分割燃料量の第３の値を、希薄−希薄モードの一部である希薄−希薄定常状態モードを特徴付ける第４の値に所定の第３の時間に変更するステップと、ガスタービンの動作前に、希薄−希薄プレフィルモードおよび希薄−希薄過渡モードの持続時間間隔を計算し、一方、希薄−希薄定常状態は、継続時間間隔を有さないステップと、動作点に関連した排気温度が、同じタービン圧力比について共に採用される（ｉ）一次から希薄−希薄へのモード移行閾値参照曲線の排気温度と（ｉｉ）所定の排気温度閾値の間の差より低いことを第５の時間に決定するステップと、分割燃料量を第４の値から第１の値に変更するステップと、動作点に関連した排気温度が、同じタービン圧力比について共に採用される（ｉ）一次から希薄−希薄へのモード移行閾値参照曲線の排気温度と（ｉｉ）所定の排気温度閾値の間の差より低い任意の時間に、希薄−希薄過渡モードおよび希薄−希薄定常モードを中止するステップと、分割燃料量を所定の傾きで変更するステップと、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。

【0087】

ガスタービンは、第１の値より小さい分割燃料量の第２の値を、希薄−希薄モードの一部である希薄−希薄過渡モードを特徴付ける第３の値に所定の第２の時間に変更し、第１の値が一次モードを特徴付け、第２の値が希薄−希薄モードの一部である希薄−希薄プレフィルモードを特徴付け、または分割燃料量の第３の値を、希薄−希薄モードの一部である希薄−希薄定常状態モードを特徴付ける第４の値に所定の第３の時間に変更し、または動作点に関連した排気温度が、同じタービン圧力比について共に採用される（ｉ）一次から希薄−希薄へのモード移行閾値参照曲線の排気温度と（ｉｉ）所定の排気温度値の間の差より低いことを第５の時間に決定し、分割燃料量を第４の値から第１の値に変更し、または燃料の低い発熱量、燃料のＮＯｘファクタ、燃料の上位燃焼性と下位燃焼性の比、もしくはそれらの組み合わせのうちの１つである燃料の特性を示すパラメータを使用して一次から希薄−希薄へのモード移行閾値参照曲線を決定するように構成されるプロセッサを有してもよい。

【0088】

コンピュータ可読媒体は、コンピュータ実行可能命令を含んでもよく、この命令は、実行時に、圧縮機、燃焼器、および少なくともタービンを備えるガスタービンの動作点を制御する方法を実施する。

【0089】

例示的な実施形態によれば、平面（ｔｔｘ，ｔｐｒ）内に表される排気温度参照曲線ｔｔｘｈ、排気温度閾値曲線ｔｔｘｔｈ、および他の曲線は、低い発熱量（ＬＨＶ）の代わりに燃料を特徴付ける他のパラメータに基づいて計算されてもよい。そのようなパラメータは、例えば、ＮＯｘ（窒素酸化物）ファクタ、上位燃焼性と下位燃焼性の比（下限燃焼限界は、自己伝播火炎を支持する燃料および空気（または他の酸化剤）の混合物の所与の体積中の可燃物の最小の割合であり、上限燃焼限界は、自己伝播火炎を支持する所与の体積中の可燃物の最高の割合である）などであり得る。言い換えれば、ｔｔｘｈ曲線は、上述の例示的な一実施形態において、ｔｔｘｈ＝ｔｔｘｈａ＋Δｔｔｘｈとして計算されたものであり、ただし、ｔｔｘｈａ＝ｔｔｘｈｒ・（ＬＨＶ−ＬＨＶｌ）／（ＬＨＶｒ−ＬＨＶｌ）＋ｔｔｘｈｌ・（ＬＨＶｒ−ＬＨＶ）／（ＬＨＶｒ−ＬＨＶｌ）である。しかし、ｔｔｘｈａは、燃料の低い発熱量ＬＨＶに依存し、例えば、ＮＯｘファクタ、上位燃焼性と下位燃焼性の比などに依存しない。

【0090】

したがって、ガスタービンが、同じＭＷＩの添え字を有するが異なるＮＯｘファクタを有する第１の燃料および第２の燃料の連続した供給を受ける場合、ｔｔｘｈを計算するための上述のアルゴリズムは、このファクタはｔｔｘｈａ関数の一部ではないのでＮＯｘファクタに敏感でない。ＭＷＩファクタは、ｔｔｘｈａの式に反映されているＬＨＶに従属するので、ｔｔｘｈａおよび暗黙的にｔｔｘｈ曲線は、燃料のＭＷＩ添え字の変化に影響される。しかし、第１の燃料および第２の燃料は、同様のＭＷＩ添え字を有するので、ｔｔｘｈ曲線およびＬＨＶ変数に基づく他の曲線は、異なる燃料がガスタービンに与えられることを「見る」ことができないであろう。

【0091】

このため、例示的な実施形態によれば、ｔｔｘｈ、ｔｔｘｔｈ、および他の曲線は、ＮＯｘファクタ、上位燃焼性と下位燃焼性の比、または燃料の他のパラメータ特性の関数として計算することができる。一応用例では、同じ数学関数およびアルゴリズムを使用して、新しいｔｔｘｈ、ｔｔｘｔｈ曲線を計算することができるが、ＬＨＶパラメータは、新しいパラメータによって置き換えられる。しかし、他の関数および／またはアルゴリズムを使用して、ＮＯｘファクタ、上位燃焼性と下位燃焼性の比などに基づいてｔｔｘｈ、ｔｔｘｔｈ、および他の曲線を計算してもよい。言い換えれば、コントローラ７０は、所与の燃料パラメータにそれぞれ対応する複数の（ｔｔｘ，ｔｐｒ）平面内の所望の曲線を計算するように構成することができる。

【0092】

例示的な実施形態によれば、コントローラは、排気温度参照曲線を決定するために燃料の特性を示すパラメータを使用するように構成することができる。上述したように、パラメータは、燃料の低い発熱量、燃料のＮＯｘファクタ、燃料の上位燃焼性と下位燃焼性の比、またはそれらの組み合わせのうちの１つであり得る。さらに、コントローラは、対応するパラメータ、例えば、述べた３つのパラメータについての３つの参照曲線に基づいて排気温度参照曲線を計算すると共に、計算した排気温度参照曲線の１つを選択し、選択した排気温度参照曲線（上述の例としては、ＮＯｘファクタベースの参照曲線）に基づいてガスタービンを制御するように構成されてもよい。

【0093】

限定ではなく例示のために、図１５には、例示的な本実施形態による動作を実行できる典型的なコントローラ１５００の一例が示される。図２に関して上述したコントローラ７０は、コントローラ１５００の構造を有することができる。しかし、例示的な本実施形態の原理は、プロセッサ、コンピュータシステムなどに同様に適用可能であることを認識されたい。

【0094】

例示的なコントローラ１５００は、処理／制御装置１５０２、例えばマイクロプロセッサ、縮小命令セット・コンピュータ（ＲＩＳＣ）、または他の中央処理モジュールなどを含むことができる。処理装置１５０２は、単一の装置である必要はなく、１つまたは複数のプロセッサを含むことができる。例えば、処理装置１５０２は、マスタープロセッサと、マスタープロセッサに通信するように結合した関連したスレーブプロセッサとを含むことができる。

【0095】

処理装置１５０２は、記憶装置／メモリ１５０４内の利用できるプログラムによって指図されるとシステムの基本機能を制御することができる。したがって、処理装置１５０２は、図１４に説明した機能を実行することができる。より詳細には、記憶装置／メモリ１５０４は、コントローラ上で機能およびアプリケーションを実行するためのオペレーティングシステムおよびプログラムモジュールを含むことができる。例えば、プログラム記憶装置は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、プログラマブルおよび／または消去可能ＲＯＭ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、加入者インタフェースモジュール（ＳＩＭ）、ワイヤレスインタフェースモジュール（ＷＩＭ）、スマートカード、または他のリムーバブルメモリ装置などのうちの１つまたは複数を含むことができる。プログラムモジュールおよび関連した特徴は、インターネットなどのネットワークを介して電子的にダウンロードされるようなデータ信号によってコントローラ１５００に伝送することもできる。

【0096】

記憶装置／メモリ１５０４に記憶できるプログラムの１つは、特定用途プログラム１５０６である。前述の通り、特定用途プログラム１５０６は、ガスタービンの関連パラメータを記憶でき、一次から希薄−希薄へのモード移行閾値曲線を計算するための命令を含むと共にＩＧＶなどを開閉するために命令を送信することもできる。プログラム１５０６および関連した特徴は、プロセッサ１５０２によって動作可能なソフトウェアおよび／またはファームウェアにおいて実行することができる。プログラム記憶装置／メモリ１５０４は、ガスタービンの関連パラメータなどのデータ１５０８、または例示的な本実施形態に関連した他のデータを記憶するために使用することもできる。例示的な一実施形態では、プログラム１５０６およびデータ１５０８は、不揮発性電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭなどに記憶され、それによってコントローラ１５００の電源を切っても情報が失われない。

【0097】

プロセッサ１５０２は、発電所内の制御ステーションに関連したユーザインタフェース１５１０要素に結合することもできる。発電所のユーザインタフェース１５１０は、例えば、液晶ディスプレイなどのディスプレイ１５１２、キーパッド１５１４、スピーカ１５１６、およびマイクロフォン１５１８を含むことができる。これらおよび他のユーザインタフェース構成要素が、当業界で知られているようにプロセッサ１５０２に結合される。キーパッド１５１４は、電話番号のダイヤルすることおよび１つまたは複数のキーに割り当てられた動作を実行することを含む様々な機能を実行するための英数字キーを備えてもよい。代替として、他のユーザインタフェース機構が、用いられてもよく、例えば、音声指令、スイッチ、タッチパッド／スクリーン、ポインティングデバイス、トラックボール、ジョイスティックまたは他の任意のユーザインタフェース機構を用いるグラフィカルユーザインタフェースである。

【0098】

コントローラ１５００は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１５２０を含むこともできる。ＤＳＰ１５２０は、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換、音声符号化／復号化、暗号化／暗号解読、エラー検出および補正、ビットストリーム変換、フィルタリングなどを含む様々な機能を実行することができる。一般にアンテナ１５２４に結合した送受信機１５２２は、ワイヤレス装置に関連した無線信号を送受信することができる。

【0099】

図１５のコントローラ１５００は、例示的な本実施形態の原理を適用できるコンピュータ環境の典型的な例として与えられる。本明細書に記載した説明から、当業者は、本発明が、様々な他の現在知られているおよび将来のモバイルコンピュータ環境および固定コンピュータ環境に同様に適用可能であることを理解されよう。例えば、特定用途アプリケーション１５０６および関連した特徴、ならびにデータ１５０８は、様々なやり方で記憶することができ、様々な処理装置で動作可能であることができ、追加、より少ないまたは異なるサポート回路およびユーザインタフェース機構を有するモバイル装置において動作可能であることができる。例示的な本実施形態の原理は、非モバイル端末、すなわち、地上通信線コンピュータシステムに同様に適用可能であることに留意されたい。

【0100】

開示した例示的な実施形態は、新規な理論的枠組みおよび閾値に基づいてガスタービンを制御するガスタービン、コンピュータ命令、および方法を提供する。この説明は、本発明を限定することを意図するものではないことを理解されたい。反対に、例示的な実施形態は、代替形態、修正形態、および均等物を対象として含むことが意図されており、これらの代替形態、修正形態、および均等物は、特許請求の範囲によって画定される本発明の精神および範囲に含まれる。さらに、例示的な実施形態の詳細な説明では、クレームした発明を包括的に理解するために、多数の特定の詳細が記載されている。しかし、当業者は、様々な実施形態はそのような特定の詳細がなくても実施できることを理解されよう。

【0101】

例示的な本実施形態の特徴および要素が、特定の組み合わせにおける実施形態に記載されているが、各特徴または要素は、実施形態の他の特徴および要素がなくても単独で使用することができ、あるいは本明細書に開示した他の特徴および要素を有するまたは有さない様々な組み合わせで使用することができる。

【0102】

本明細書は、最良の形態を含んだ例を用いて本発明を開示し、任意の当業者が、任意の装置またはシステムを生産および使用し、任意の組み込まれた方法を実施するなどの本発明の実施を可能にもする。本発明の特許性の範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者が想到する他の例を含み得る。そのような他の例は、それらの例が、特許請求の範囲の文言とは異ならない構造的要素を有する場合、またはそれらの例が特許請求の範囲の文言内の均等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。

【符号の説明】

【0103】

１０ ガスタービン
１２ 圧縮機
１４ 燃焼器
１６ タービン
１８ コンピュータ制御システム（コントローラ）、メインコントローラ、コントローラ
２０ 入口ダクト、入口
２１ 入口案内翼
２２ 排気ダクト
２４ 発電機
２６ センサ
２７ アクチュエータ
２８ 燃料制御システム
２９ アクチュエータ
３０ ガスタービン
３２ 圧縮機
３４ センサ
３６ 入口ダクト
４０ 燃焼器
４２ 経路
４４ 送りダクト
４５ａ 弁
４５ｂ 弁
５０ タービン
５２ ダクト、入口ダクト
５４ 発電機
５６ シャフト
５８ シャフト
６０ 出口ダクト、出口、点、位置
７０ 制御装置、コントローラ
７２ 入力ポート
７４ 出力ポート
８０ 点、位置
９０ 曲線
９２ 接線
１００ 温度制御曲線、制御曲線、曲線
１０２ 温度制御曲線、制御曲線、曲線
１０４ 参照排気温度曲線、曲線、参照排気温度曲線ｔｔｘｈ、ｔｔｘｈ曲線
１１０ データセレクタユニット、壁
１１２ 補間器ユニット、補間器、一次バーナ
１１４ データセレクタユニット、二次バーナ
１１６ 補間器、燃料供給ライン
１１８ 計算ユニット、燃料供給ライン
１２０ 線形補間器、一次領域
１２２ 点火ユニット
１２４ 火炎
１２６ 二次領域
１４０ データセレクタユニット
１４２ 双線形補間器ユニット、補間器
１４４ データセレクタユニット
１４６ 補間器ユニット、補間器
１４８ 計算ユニット
１５０ 線形補間器
２００ 一次モード
２０２ 希薄−希薄モード、希薄−希薄プレフィルモードサブモード
２０４ 希薄−希薄モード、希薄−希薄過渡モード
２０６ 希薄−希薄モード、希薄−希薄定常状態、希薄−希薄定常状態モード
２２０ 閾値曲線ｔｔｘｔｈ、曲線
２２２ 曲線
２２４ ｔｔｘｔｈ＋Δｔｔｘ₁閾値曲線
２４０ 曲線ｔｔｘｈ、曲線
２４２ 曲線
２５０ 予混合二次、予混合二次モード
２６０ 動作点、ガスタービンの動作点
２６０ａ 位置
２６０ｂ 位置
２６０ｃ 動作点
２６２ 曲線、閾値曲線
２６４ 曲線、閾値曲線
２６６ ｔｔｘｈ曲線、ｔｔｘｈ
２７０ 等温曲線
２８０ 予混合過渡、予混合過渡モード
２９０ 予混合定常状態、予混合定常状態モード、予混合モード、予混合モード
３００ 動作点
３００ａ 新しい位置
１５００ コントローラ
１５０２ 処理／制御装置、処理装置、プロセッサ
１５０４ 記憶装置／メモリ
１５０６ 特定用途プログラム、プログラム、特定用途アプリケーション
１５０８ データ
１５１０ ユーザインタフェース
１５１２ ディスプレイ
１５１４ キーパッド
１５１６ スピーカ
１５１８ マイクロフォン
１５２０ デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）
１５２２ 送受信機
１５２４ アンテナ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】