JP2007107446A - Performance diagnosis method and diagnosis system for gas turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は運転中のガスタービン設備の性能を診断する方法及び診断システムに関する。 The present invention relates to a method and a diagnostic system for diagnosing the performance of an operating gas turbine facility.
ガスタービンの性能は、燃料流量などの操作条件だけでなく、吸気温度などの大気条件によっても大きく変化する。このため、性能の計測値を時系列に並べるだけでは、性能の劣化や異常を診断することができない。これに対応するため、従来、様々な診断方法が提案されている。 The performance of a gas turbine varies greatly depending not only on operating conditions such as fuel flow rate but also on atmospheric conditions such as intake air temperature. For this reason, it is not possible to diagnose performance deterioration or abnormality simply by arranging performance measurement values in time series. In order to cope with this, various diagnostic methods have been proposed.
例えば、特許文献1には、運転条件による性能の変動を除外するために、実機のデータを一定の共通条件に揃えて評価することが記載されている。また、特許文献2には、いくつかの性能因子を特定の複数の運転条件と組み合わせてモデル化し、この結果に基づいて運転条件の変化による変動を除外する方法が記載されている。また、特許文献3には、特許文献2と同じように性能因子と運転条件を組み合わせてモデル化した上で、さらに変動の影響を除外するための移動平均処理方法が記載されている。
For example,
しかし、従来の方法には、以下の2つの課題がある。 However, the conventional method has the following two problems.
第1の課題は、評価精度の限界である。前述の従来技術において、特許文献3は、劣化判定に関わる精度について、概ね、劣化判定のしきい値が90%、許容誤差が2%、移動平均処理時の目標変動幅基準が5%となっている。劣化の診断は、しきい値が90%を下回るかどうかで判定している。これらを、劣化の識別の点からみると、10%以上の性能劣化は判定できるが、2%以下の劣化については前述の許容誤差の範囲に含まれると推察され、また2〜10%の範囲の劣化についても判定の方法や基準が示されていない。
The first problem is the limit of evaluation accuracy. In the above-described prior art,
第2の課題は、保守を実施した際の性能特性の変化をどのように処理するかである。ガスタービンを保守して、圧縮機やタービン、吸気フィルタなどの主要部品を洗浄したり、交換したりすると、設備の性能は回復し特性が変化する。しかし、このような保守による性能の不連続変化を含む実機データに基づいて性能特性をモデル化すると、モデルの精度が低くなる。したがって、従来の方法で性能を診断しようとすると、保守を実施するたびに、その後の一定期間のデータを使って性能特性を再度モデル化したり、モデルのパラメータを調整したりする必要がある。この結果、保守後の一定期間は、モデル化に十分な量のデータが蓄積されるまで性能が診断できないことになる。このような問題に対する効果的な対応方法は、これまでに示されていない。 The second problem is how to handle changes in performance characteristics when maintenance is performed. When a gas turbine is maintained and main parts such as a compressor, turbine, and intake filter are cleaned or replaced, the performance of the equipment is restored and its characteristics are changed. However, when the performance characteristics are modeled based on actual machine data including discontinuous changes in performance due to such maintenance, the accuracy of the model is lowered. Therefore, when trying to diagnose the performance by the conventional method, it is necessary to re-model the performance characteristics using the data for a certain period thereafter and adjust the parameters of the model every time maintenance is performed. As a result, for a certain period after maintenance, performance cannot be diagnosed until a sufficient amount of data for modeling is accumulated. An effective response method for such a problem has not been shown so far.
本発明の目的は、前記第1の課題或いは、更に第2の課題を解決できる性能診断方法及び診断システムを提供することにある。 The objective of this invention is providing the performance diagnostic method and diagnostic system which can solve the said 1st subject or the 2nd subject further.
発明者らは、前述の第1の課題である精度の限界について種々分析した結果、高精度な診断をするためには、「性能の負荷特性」と、「実機データに含まれる劣化の影響」という2つの要因を考慮する必要があるとの知見を得た。 As a result of various analyzes on the limit of accuracy, which is the first problem described above, the inventors have found that "performance load characteristics" and "effect of deterioration included in actual machine data" are required for high-accuracy diagnosis. The knowledge that it is necessary to consider these two factors was obtained.
ここで、「性能の負荷特性」とは、ガスタービンの性能特性が負荷率によって変化することである。例えば、発電効率は負荷率によって変化し、部分負荷時で負荷率が低くなるほど効率は低下する。このような負荷率による性能特性の変化に適切に対応して性能特性をモデル化することが必要となる。 Here, the “performance load characteristic” means that the performance characteristic of the gas turbine changes depending on the load factor. For example, the power generation efficiency varies depending on the load factor, and the efficiency decreases as the load factor decreases at the time of partial load. It is necessary to model the performance characteristics appropriately corresponding to such changes in performance characteristics due to the load factor.
また、「実機データに含まれる劣化の影響」とは、実機データを採取する期間中に生じる性能低下の影響を指す。これについて、以下で説明する。 The “effect of deterioration included in actual machine data” refers to the influence of performance degradation that occurs during the period of collecting actual machine data. This will be described below.
ガスタービンの性能特性をモデル化する方法としては、性能特性関数などの設計情報を用いる方法と、実機の運転データに基づいてモデルを構築する方法とがある。このうち、前者の設計情報を使う方法は、これらの情報が一般には設計事業者から提供されないことが多く、設備の保有事業者や運転保守事業者にとっては不可知なことが多い。仮に開示された場合でも、経年機では度重なる保守や部品交換などによって、性能特性が設計時と異なっていることも多い。したがって、より汎用的な方法としては、後者の方法で、実機の運転データに基づいて性能特性モデルを構築することが求められる。このためには、代表的な運転条件である吸気温度、すなわち大気温度の範囲が運転範囲の全体を含むようにデータを採取する必要がある。例えば、年間の最高・最低気温の範囲を含めるために、望ましくは1年周期、少なくとも最高気温と最低気温の間の期間として約半年程度の期間が必要になる。これは連続運転設備の場合、稼働時間が約4000〜8000時間に相当する。 As a method for modeling the performance characteristics of a gas turbine, there are a method using design information such as a performance characteristic function and a method of constructing a model based on operation data of an actual machine. Of these methods, the former method using design information is often not provided by a design operator in general, and is often ignorant to equipment owners and operation / maintenance operators. Even if they are disclosed, performance characteristics are often different from those at the time of design due to repeated maintenance and parts replacement. Therefore, as a more general-purpose method, it is required to construct a performance characteristic model based on actual machine operation data by the latter method. For this purpose, it is necessary to collect data so that the range of the intake air temperature, that is, the atmospheric temperature, which is a typical operation condition, includes the entire operation range. For example, in order to include the range of annual maximum and minimum temperatures, it is desirable that a period of about one and a half years is required as a period between at least the maximum temperature and the minimum temperature. In the case of continuous operation equipment, this corresponds to an operation time of about 4000 to 8000 hours.
しかし、このような期間中にもガスタービンの性能は劣化する。例えば、運転開始後の5000時間において発電出力が約3%低下することが典型的な例として報告されている(例えば、Harry G. Stoll ,Creating Owner’s Competitive Advantage through Contractual Services, GE Power Systems, GER4208,P.10,(2001)参照)。このことによる問題点は、設備が劣化する前の正常状態のモデルを構築するために収集したデータのなかに劣化の影響が含まれてしまうことである。したがって、このように経時劣化の影響が含まれた実機運転データからでも、劣化前の性能特性モデルを同定できる方法が必要となる。 However, the performance of the gas turbine deteriorates even during such a period. For example, it has been reported as a typical example that the power generation output is reduced by about 3% in 5000 hours after the start of operation (for example, Harry G. Stall, Creating Owner's Competitive Advantage through Services Services, GE Powers, GE Powers, GER4208, P.10, (2001)). The problem with this is that the effects of degradation are included in the data collected to build a model in a normal state before the equipment is degraded. Therefore, there is a need for a method capable of identifying a performance characteristic model before deterioration even from actual machine operation data including the influence of deterioration over time.
本発明は、上に述べた第1の課題である精度の限界に対応するために、前述の「性能の負荷特性」を考慮する方法として、ガスタービンの運転データの中から、負荷率が100%近くのデータ、あるいは運用上の上限負荷に近いデータのみを抽出する方法を提供する。このように負荷率が100%あるいは運用上限近傍のデータのみが抽出され、これに基づいて特性モデルが構築されることにより、本発明では特性モデルが高精度化される。そして、このために、以下の第1ないし第3の実施態様を提案する。 In order to cope with the limit of accuracy, which is the first problem described above, the present invention provides a load factor of 100 from the operation data of the gas turbine as a method of considering the aforementioned “performance load characteristics”. Provide a method to extract only data near% or data close to the upper limit of operation. Thus, only the data with a load factor of 100% or near the operation upper limit is extracted, and the characteristic model is constructed based on the extracted data, whereby the characteristic model is improved in the present invention. For this purpose, the following first to third embodiments are proposed.
第1の実施態様は、ガスタービンの診断対象期間中の或る範囲の運転データを入力として、発電出力、発電効率、圧縮機圧力比、燃料流量、圧縮機効率、タービン効率或いは吸気流量等の性能指標を、少なくとも吸気温度と吸気圧力を入力に含む関数としてモデル化する手段(以下、特性モデル化手段と呼ぶ)と、前記性能指標を、少なくとも該性能指標と吸気温度と吸気圧力を含む変数を入力として、予め定めた吸気温度と吸気圧力における値(基準化データ)に換算する基準化手段と、前記診断対象期間中の或る範囲のデータに含まれる前記性能指標の値を前記基準化手段に入力して出力された、基準化データの時系列的な減少または増加によって性能の劣化または回復を判定する診断手段を備えたガスタービンの診断方法或いは診断システムにおいて、前記特性モデル化手段と前記診断手段に入力される、前記或る範囲の運転データを生成するために、診断対象期間中の複数時点の運転データから、少なくとも発電出力と吸気温度と吸気圧力を入力に含む関数によって負荷率を計算し、予め定めた基準で分割された複数の負荷率範囲のうち、計算された負荷率の出現割合が最も多い負荷率範囲にある運転データ(以下、ベースロードデータと呼ぶ)を抽出するベースロード運転データ抽出手段を備える。 In the first embodiment, a certain range of operation data during the diagnosis target period of the gas turbine is used as an input, and power generation output, power generation efficiency, compressor pressure ratio, fuel flow rate, compressor efficiency, turbine efficiency, intake air flow rate, etc. Means for modeling the performance index as a function including at least intake air temperature and intake pressure as input (hereinafter referred to as characteristic modeling means), and a variable including at least the performance index, the intake air temperature, and the intake pressure. , The standardization means for converting into values (standardized data) at predetermined intake air temperature and intake pressure, and the standardized value of the performance index included in a certain range of data during the diagnosis target period A diagnostic method or diagnostic system for a gas turbine having diagnostic means for judging deterioration or recovery of performance by time-series decrease or increase of the standardized data input and output to the means. In order to generate a certain range of operation data that is input to the characteristic modeling unit and the diagnosis unit, at least a power generation output, an intake air temperature, and an intake air A load factor is calculated by a function including pressure as an input, and among a plurality of load factor ranges divided according to a predetermined standard, operation data in the load factor range where the calculated load factor appears most frequently (hereinafter, Base load operation data extraction means for extracting (referred to as base load data) is provided.
第2の実施態様は、第1の実施態様において、前記ベースロード運転データ抽出手段として、発電出力と吸気温度、吸気圧力の関係を、前記診断対象期間中の複数時点での運転データに基づいて、吸気温度Tci、吸気圧力Pciを入力に含み、発電出力Weを出力する関数
We = f_We(Tci, Pci)
として同定する手段と、同定した該関数f_Weを使って、前記診断対象期間の運転データの吸気温度Tciと吸気圧力Pciに応じた発電出力の値Wecalcを計算し、この計算値Wecalcに対する実測値Weactの比
A = Weact/Wecalc
を負荷率として計算する手段と、或いは、更に前記Aについての診断対象期間中の各時点での値を、該時点を含む或る期間の移動平均値Amavで除した値
B = A/Amav
を負荷率として計算する手段と、負荷率についての前記Aの値、あるいは、さらに前記Bを計算している場合には該Bの値が、一定の範囲内にあるデータを抽出する手段とを備える。
According to a second embodiment, in the first embodiment, as the base load operation data extraction means, the relationship between the power generation output, the intake air temperature, and the intake air pressure is determined based on operation data at a plurality of time points during the diagnosis target period. , The function We = f_We (Tci, Pci) that includes the intake air temperature Tci and the intake air pressure Pci and outputs the power generation output We
Using the identified function f_We and the identified function f_We, the power generation output value We calc according to the intake temperature Tci and the intake pressure Pci of the operation data in the diagnosis target period is calculated, and the measured value We calc is actually measured. Ratio of value We act A = We act / We calc
Or a value obtained by dividing a value at each time point in the diagnosis target period for A by a moving average value A mov of a certain period including the time point B = A / A mav
Means for calculating the load factor, and means for extracting data in which the value A of the load factor, or if the B value is further calculated, is within a certain range. Prepare.
第3の実施態様は、前記第1或いは第2の実施態様と同様に、特性モデル化手段と基準化手段と診断手段を備えたガスタービンの性能診断方法或いは診断システムにおいて、前記特性モデル化手段と前記診断手段に入力される、前記或る範囲の運転データを生成するために、該ガスタービンの運用上の最大負荷率における吸気温度Tciと排気温度Ttoの関係を示す特性モデル
Tto = f_Tex (Tci)
の関数関係を用いて、評価対象期間中の各運転データに対して、吸気温度Tciのデータを入力して排気温度の値Ttocalcを計算し、計算された排気温度の該計算値Ttocalcとその実測値Ttoactの偏差
ΔTto = Ttoact − Ttocalc
が一定の範囲内にあるデータを抽出する手段を備える。
As in the first or second embodiment, a third embodiment is a gas turbine performance diagnosis method or diagnosis system comprising a characteristic modeling means, a reference means, and a diagnostic means, wherein the characteristic modeling means And a characteristic model Tto = f_Tex (representing the relationship between the intake air temperature Tci and the exhaust gas temperature Tto at the maximum load factor in operation of the gas turbine, in order to generate the operation data within the certain range that is input to the diagnosis means. Tci)
Using the functional relationship for each operating data during the evaluation period, and inputs data of the intake air temperature Tci calculates the value Tto calc exhaust temperature, and calculated the calculated value Tto calc the exhaust temperature its measured value Tto act deviation ΔTto = Tto act - Tto calc
Includes means for extracting data within a certain range.
また、発明者らは、第2の課題である保守を実施した際の性能特性の変化の処理について検討した結果、この課題に対応し、かつ、同時に前述の「実機データに含まれる劣化の影響」を考慮する手段として、次の第4の実施態様を導入する。 In addition, as a result of examining the processing of changes in performance characteristics when performing maintenance, which is the second problem, the inventors have responded to this problem, and at the same time, the above-mentioned “effect of deterioration included in actual machine data” The following fourth embodiment is introduced as a means for considering "."
すなわち、前述の第1〜第3の実施態様における前記特性モデル化手段として、性能指標Yと吸気温度Tci、吸気圧力Pciの関係を示す次の特性モデル式
Y = a1×(Tci−Tci0) + a2×(Pci−Pci0) + α×t + Y00
(ここで、Tci0は予め定めた一定の標準吸気条件における吸気温度の値、Pci0は予め定めた一定の標準吸気条件における吸気圧力の値、tは診断対象期間中の累積稼働時間あるいは等価運転時間、a1,a2は性能特性を表すモデル定数、αは劣化を表す定数係数、Y00は標準吸気温度・圧力における対象診断期間初期の性能値である)
の定数a1,a2,α、Y00の値を、前記或る範囲の運転データに基づいて決定する手段と、
前記基準化手段として、前記決定したモデル定数a1,a2を使った次式
Y0 = Y − a1×(Tci−Tci0) − a2×(Pci−Pci0)
によって、前記性能指標の値Yを、標準の吸気温度Tci0、吸気圧力Pci0における値Y0に換算する手段を備える。
That is, as the characteristic modeling means in the first to third embodiments, the following characteristic model expression Y = a 1 × (Tci−Tci 0) indicating the relationship between the performance index Y, the intake air temperature Tci, and the intake pressure Pci. ) + A 2 × (Pci−Pci 0 ) + α × t + Y 00
(Here, Tci 0 is the value of the intake air temperature in a predetermined constant standard intake condition, Pci 0 is the value of the intake pressure in a predetermined constant standard intake condition, and t is the accumulated operating time or equivalent during the diagnosis target period. operating time, a1, a 2 are constant coefficients, Y 00 model constants, alpha is representative of the degradation representative of the performance characteristics is performance value of the object diagnosing period early in a standard intake air temperature and pressure)
Means for determining the values of the constants a 1 , a 2 , α, Y 00 of
As the standardization means, the following equation using the determined model constants a 1 and a 2 : Y 0 = Y−a 1 × (Tci−Tci 0 ) −a 2 × (Pci−Pci 0 )
By, and a value Y of the performance index, standard intake air temperature Tci 0, means for converting the value Y 0 in the intake pressure Pci 0.
ここで、特性モデル化手段では、劣化を表す係数αを導入して定式化することによって、期間中の劣化を反映して性能特性モデルを構築できている。また、この際に、劣化を反映した項(右辺第3項)と、劣化以外の運転条件を補正する項(右辺第1,2項)を分けていることにより、前記基準化手段では、この劣化係数を除いた運転条件変化のみを補正することができている。これによって、前記基準化手段の計算式での評価結果は、実機の性能を運転条件による変動のみを補正して標準大気条件での換算値に直したものにある。従って、これの経時的性能を評価することにより、経時劣化の傾向を運転条件変動の影響と分離して取り出すことが出来る。 Here, in the characteristic modeling means, a performance characteristic model can be constructed reflecting the deterioration during the period by introducing and formulating a coefficient α representing the deterioration. Further, at this time, by dividing the term reflecting the deterioration (third term on the right side) and the term for correcting the operating conditions other than the degradation (first term on the right side), the standardization means Only changes in operating conditions excluding the deterioration coefficient can be corrected. Thereby, the evaluation result in the calculation formula of the standardization means is obtained by correcting the performance of the actual machine to the converted value under the standard atmospheric condition by correcting only the fluctuation due to the operating condition. Therefore, by evaluating the performance over time, the tendency of deterioration over time can be extracted separately from the influence of fluctuations in operating conditions.
また、上式に示すようなモデルの定式化によって、本方式は、従来の方式のように、保守を実施した後に一定期間のデータを使ってモデルを再調整・再構築することが必要になったり、このデータ集積期間中に性能を評価できなくなるような不便がなく、保守実施による性能変動があっても継続的に性能を評価できる。これは、上述したように性能変化に及ぼす運転条件変動と経時劣化の影響が分離されたことによって、性能を、実測値を基準にして(右辺第1項)、運転条件の変動の影響のみを補正(右辺第2、3項)することで評価できるようになったためである。この結果、本方式では、常に、実測値を上式のY0(右辺第1項)に入力し、運転条件による変動を右辺第2項以後の項で補正するだけで、保守実施の前後であるかや保守の有無にかかわらず、持続的に性能を基準化して評価できる。 In addition, by formulating the model as shown in the above equation, it is necessary to readjust and reconstruct the model using data for a certain period after performing maintenance, as in the conventional method. In addition, there is no inconvenience that the performance cannot be evaluated during the data accumulation period, and the performance can be continuously evaluated even if the performance varies due to maintenance. This is because, as described above, the influence of fluctuations in operating conditions and deterioration over time on performance changes is separated, so that the performance can be measured only on the basis of measured values (first term on the right side) and only the influence of fluctuations in operating conditions. This is because the evaluation can be performed by correcting (the second and third terms on the right side). As a result, in this method, the measured value is always input to Y 0 (the first term on the right side) of the above equation, and the fluctuation due to the operating condition is corrected by the term after the second term on the right side. Regardless of whether or not there is maintenance, performance can be continuously standardized and evaluated.
本発明の性能診断方法とシステムにより、度重なる保守によって性能特性が変化した経年機や、詳細仕様が不明なガスタービンであっても、従来の診断方式で課題となっていた性能特性の負荷依存性の問題を解消することができた。また、診断のために収集した実機運転データ中に含まれる経時劣化の影響を適切に除外して性能特性をモデル化でき、更に、保守を実施した際の性能変化の影響をも考慮して性能の経時変化を評価可能である。これらによって、従来の方法よりも高精度にガスタービンの性能劣化または保守による性能回復を評価できるようになった。 Even with aged machines whose performance characteristics have changed due to repeated maintenance and gas turbines with unclear detailed specifications, the performance dependence of performance characteristics, which has been a problem with conventional diagnostic methods, is achieved by the performance diagnosis method and system of the present invention. I was able to solve the problem of sex. In addition, the performance characteristics can be modeled by appropriately excluding the effects of deterioration over time included in the actual machine operation data collected for diagnosis, and the performance is also considered in consideration of the effects of performance changes during maintenance. Can be evaluated over time. As a result, it has become possible to evaluate performance deterioration of gas turbines or performance recovery due to maintenance with higher accuracy than conventional methods.
以下、本発明の詳細を、図面を用いて説明する。 Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に、本発明によるガスタービン劣化診断方法の処理フロー例を示す。処理の手順は工程1〜4からなる。
FIG. 1 shows a processing flow example of a gas turbine deterioration diagnosis method according to the present invention. The processing procedure consists of
工程1(以下、ベースロード運転データ抽出工程と呼ぶ)では、実機の時系列運転データから、ベースロード運転データを抽出する。ベースロード運転データとは、部分負荷状態を除く、負荷率100%近傍での運転データを指す。ただし、対象ガスタービンの運転計画で負荷率が100%でなく、例えば負荷率90%で連続運転するような場合や、あるいは夜間は負荷率70%で運転するような場合は、これらの一定の負荷率近傍での運転データをベースロード運転データの代わりに抽出するとよい。本発明では、説明しやすくするため、このような一定負荷率近傍の部分負荷データもベースロード運転データと総称する。 In step 1 (hereinafter referred to as base load operation data extraction step), base load operation data is extracted from time-series operation data of the actual machine. Base load operation data refers to operation data near a load factor of 100%, excluding partial load conditions. However, in the operation plan of the target gas turbine, when the load factor is not 100%, for example, when continuously operating at a load factor of 90%, or when operating at a load factor of 70% at night, these constants The operation data near the load factor may be extracted instead of the base load operation data. In the present invention, such partial load data in the vicinity of the constant load factor are also collectively referred to as base load operation data for easy explanation.
工程2(以下、モデル定数決定工程と呼ぶ)では、工程1で抽出されたベースロード運転データに基づいて、ガスタービンの性能特性モデルのモデル定数を決定する。性能特性モデルは、ガスタービンの運転条件を入力として性能の予測値を計算して出力するプログラムモジュールとして実装されている。モデル定数は、これらのプログラムモジュールにおいて設定される対象ガスタービンに固有の定数を指す。なお、本発明において、モデル及びモデル定数とは、以下同様に、データの入力を受けて演算し結果を出力するプログラムモジュールと、このプログラムモジュールで設定される定数を指す。
In step 2 (hereinafter referred to as model constant determination step), a model constant of the performance characteristic model of the gas turbine is determined based on the base load operation data extracted in
ここでいう性能とは、例えば発電出力のような計測値、あるいは、これに基づいて計算される発電効率(発電出力と燃料投入量のエネルギー比)のような値を指す。また、性能指標とは、上に述べた2例にとどまらず、劣化に伴って値が変わっていくような性能の種類全般を指す。特に典型的な例としては、発電出力、発電効率、圧縮機又はタービンの圧力比、吸気流量又は排気流量、排熱利用効率、燃料流量、圧縮機効率、タービン効率などを挙げることが出来る。なお、以下においては適宜、性能の値を性能、性能の種類を性能指標と呼んで区別する。運転条件は代表的には、吸気の温度と圧力であるが、この他に、吸気の湿度、燃料流量、燃焼器への蒸気や水の噴射量などの運転環境や運転操作の条件全般を含めてもよい。 The performance here refers to, for example, a measured value such as a power generation output, or a value such as a power generation efficiency (energy ratio between the power generation output and the fuel input amount) calculated based on the measured value. In addition, the performance index is not limited to the two examples described above, but refers to all types of performance whose values change with deterioration. Particularly typical examples include power generation output, power generation efficiency, compressor or turbine pressure ratio, intake flow rate or exhaust flow rate, exhaust heat utilization efficiency, fuel flow rate, compressor efficiency, turbine efficiency, and the like. In the following, performance values are distinguished by appropriately calling performance values and performance types as performance indicators. The operating conditions are typically the temperature and pressure of the intake air. In addition to this, the operating conditions such as the intake air humidity, the fuel flow rate, the amount of steam and water injected into the combustor, and the overall operating conditions are also included. May be.
工程3(以下、基準化工程と呼ぶ)では、工程2で決定されたモデル定数を使って、ベースロード運転データの性能実測値を、標準条件に直したときの相当値(基準化データ)に変換する。標準条件としては、例えばISOで定められた標準大気条件(吸気の温度15℃,気圧1atm,相対湿度60%)などの一定の固定された条件を採るとよい。これにより、実機の時系列データは、運転条件の変動の影響を補正して、一定運転条件下に揃えたときの性能の時系列データになる。
In step 3 (hereinafter referred to as the standardization step), using the model constant determined in
工程4(以下、診断工程と呼ぶ)では、工程3で生成された基準化データの時系列の推移により、性能劣化の進行状況や保守実施による性能回復効果などを診断する。
In step 4 (hereinafter referred to as a diagnosis step), the progress of performance degradation, the performance recovery effect due to maintenance, and the like are diagnosed based on the time-series transition of the standardized data generated in
本方法は、工程1でベースロード運転データだけを抽出していることにより、後続の工程2及び工程3ではガスタービン性能の部分負荷特性に起因するモデルの精度低下の問題を回避して高精度にモデル化できる。このため、工程4での性能傾向の診断で高精度な結果が得られる。
In this method, since only the base load operation data is extracted in the
なお、上記工程3と工程4の内容は次のようにしてもよい。すなわち、工程3では、工程1で抽出されたベースロード運転データ中の運転条件データを、工程2でモデル定数が決定されたガスタービンの性能特性モデルに入力して、運転条件に応じたガスタービンの性能を予測計算し、工程4では、この性能の予測結果と実測値の偏差を計算して、偏差の時系列の傾向の推移から劣化を評価する。例えば、劣化が進行すると、予測結果よりも実測値の方が小さくなり、偏差が拡大してゆくので、このような偏差の増減に基づいて劣化の進行や保守による性能回復などを定量評価するとよい。この方法の長所は、基準化のためのモデルが不要であるため、より簡便に診断できることである。
The contents of the
図2に、前述の図1における工程1のベースロード運転データ抽出方法の一例を示す。このベースロード運転データ抽出方法を以下、出力負荷率法と呼ぶ。その手順は工程5〜7からなる。
FIG. 2 shows an example of the base load operation data extraction method of
工程5(以下、出力特性モデル同定工程と呼ぶ)では、発電出力と吸気温度、吸気圧力の関係を表す特性モデルを実機時系列運転データに基づいて同定する。出力特性モデルは、吸気温度Tci、吸気圧力Pciを入力に含み、発電出力Weを出力する次式で示されるような関数である。
We = f_We(Tci, Pci) …(1−1)
この関数f_Weは具体的には例えば次のようにすると好適である。
We = ae×(Tci−Tci0) + be×(Pci−Pci0) +αe×t + We0…(1−2)
ここで、tは稼働時間を表し、Tci0、Pci0は吸気温度と吸気圧力の標準条件値である。稼動時間tは時間経過を表すものであればよく、例えば等価運転時間など、劣化に影響する要因を加味して補正した時間を使ってもよい。以下の説明においても稼働時間tはこのような換算時間を含むものとする。この稼働時間tの項は、利用する実機運転データのセットにおいて、経時劣化の影響が無視できるほど小さいと考えられる場合は省略可能であるが、前述したようにデータ収集期間中に経時的に性能劣化していることが無視できない場合は、この項を含めておくことが望ましい。経時劣化の影響がこの項とその係数αeに分離されることにより、出力の運転条件特性の項ae,beに経時劣化によるバイアスが含まれることを避けることができ、出力特性を高精度にモデル化できる効果がある。
In step 5 (hereinafter referred to as an output characteristic model identification step), a characteristic model representing the relationship between the power generation output, the intake air temperature, and the intake air pressure is identified based on the actual time series operation data. The output characteristic model is a function represented by the following expression that includes the intake air temperature Tci and the intake air pressure Pci as inputs and outputs the power generation output We.
We = f_We (Tci, Pci) (1-1)
Specifically, for example, the function f_We is preferably as follows.
We = a e × (Tci- Tci 0) + b e × (Pci-Pci 0) + α e × t + We 0 ... (1-2)
Here, t represents the operating time, and Tci 0 and Pci 0 are standard condition values of the intake air temperature and the intake air pressure. The operating time t only needs to indicate the passage of time, and for example, a time corrected by taking into account factors that affect deterioration, such as equivalent operating time, may be used. In the following description, it is assumed that the operation time t includes such conversion time. This term of operation time t can be omitted when the influence of deterioration over time is considered to be negligible in the set of actual machine operation data to be used, but as described above, the performance over time during the data collection period can be omitted. It is desirable to include this term if it cannot be ignored that it has deteriorated. By the influence of deterioration over time is separated from the section to the coefficients alpha e, it can be avoided to include bias due time degradation to claim a e, b e operating conditions characteristic of the output, the high output characteristics There is an effect that can be modeled in accuracy.
また、式(1−2)で、ae、be、αe、We0はモデル定数を示す。工程5におけるモデルの同定とは、これらのモデル定数値を決定することである。ae、beは、吸気温度と圧力の標準条件からのずれによって、発電出力を補正する係数である。αeは時間の経過tに伴う発電出力の低下率(以下、劣化係数と呼ぶ)を示す。劣化係数αeは、工程5で使う実機時系列運転データの期間中の性能劣化が殆どないと考えられる場合は省略可能である。We0は、Tci0、Pci0が標準条件値のときの初期(期間中の劣化がはじまる前)の発電出力を示す。
In the formula (1-2), a e , b e , α e and We 0 indicate model constants. The identification of the model in
これらのモデル定数ae、be、αe、We0の決定方法としては、実機の時系列運転データに含まれる運転条件を式(1−2)の右辺に代入して計算される発電出力の時系列の計算結果と、実機時系列運転データに含まれる発電出力の時系列データとの誤差が、データの期間を通じて最小になるように決定するとよい。これは最小二乗法などの公知の手法によって求めることができる。 As a method for determining these model constants a e , b e , α e , and We 0 , the power generation output calculated by substituting the operating conditions included in the time series operation data of the actual machine into the right side of Equation (1-2) It is preferable to determine such that the error between the time-series calculation result and the time-series data of the power generation output included in the actual machine time-series operation data is minimized throughout the data period. This can be obtained by a known method such as a least square method.
なお、工程5では、実機時系列運転データの代わりに、吸気温度などの運転条件を種々に変化させて採取した実機データを使用してもよい。この場合、データの採取期間が短期間であれば、上述したのと同様に劣化係数αeは省略可能である。
Note that in
工程6〜7(以下、負荷率計算工程と呼ぶ)では、発電出力の実測値と、出力特性モデルによる計算値とに基づいて、負荷率を計算する。 In steps 6 to 7 (hereinafter referred to as a load factor calculation step), the load factor is calculated based on the actual measurement value of the power generation output and the calculated value based on the output characteristic model.
工程6では、まず、工程5でモデル定数を決定した出力特性モデル(具体例としては式(1−2))に、劣化診断対象期間の実機時系列運転データの運転条件値(上の例では吸気温度と圧力の計測値)を入力して発電出力の値を計算(これをモデル計算値Wecalcと呼ぶ)する。ついで、次式で示すように、このモデル計算値Wecalcに対する実機時系列運転データの発電出力実測値Weactの比Aを計算(これを負荷率計算値Aと呼ぶ)する。
A = Weact / Wecalc …(2−1)
続く工程7では、下記の式(2−2)に示すように、ある時点での比Aの値を、その時点を含む或る期間の移動平均値Amavで除した値Bを計算(これを負荷率計算値Bと呼ぶ)する。このように移動平均との比をとることにより、上記負荷率計算値Aの変動が大きいような場合に計算負荷率の誤差変動幅を十分小さくし、かつ、プラント性能の経時劣化と季節的な性能変動の影響をほどよくバランスさせることが可能になる。
B = A / Amav …(2−2)
この場合の移動平均期間の取り方としては、例えば対象時点までの直前の1週間、あるいは100〜200点程度のデータ期間をとると好適である。これには以下の理由がある。例えば、典型的な計測記録として1時間間隔の運転データを保存しているような場合、1日〜2日(24〜48点)の期間で移動平均化すると、例えば週末休日の土曜日・日曜日のように電力需要が低下して負荷率が下がるような場合に、移動平均期間の大半がこの間に含まれることになり、式(2−2)での負荷率の計算結果が過大評価になる危険性がある。このようになると、実際には週末に負荷率が低下しているのに、計算上は負荷率が低下していないことになり、負荷率を正確に評価できなくなる。反対に、1ヶ月以上の期間で移動平均化すると、期間が長すぎるために一週間単位での性能の低下を捉えられなくなる危険性がある。これらを考えると、1時間間隔のデータに基づいて処理をする場合は、上述のような期間あるいはデータ点数で移動平均化すると、種々の運転条件変動や経時劣化の影響をほどよく反映することができ、好適である。
In step 6, first, the output characteristic model (specifically, equation (1-2)) in which the model constant is determined in
A = We act / We calc (2-1)
In the subsequent step 7, as shown in the following formula (2-2), a value B obtained by dividing the value of the ratio A at a certain time point by the moving average value A mav for a certain period including that time point is calculated (this Is referred to as a load factor calculation value B). By taking the ratio with the moving average in this way, when the fluctuation of the load factor calculation value A is large, the error fluctuation range of the calculation load factor is sufficiently small, and the plant performance is deteriorated with time and seasonal. It is possible to balance the effects of performance fluctuations reasonably.
B = A / A mav (2-2)
In this case, as a method of taking the moving average period, for example, it is preferable to take one week immediately before the target time point or a data period of about 100 to 200 points. There are the following reasons for this. For example, when driving data is stored at intervals of 1 hour as a typical measurement record, moving average over a period of 1 to 2 days (24 to 48 points), for example, Saturdays and Sundays of weekend holidays When the power demand decreases and the load factor falls, the moving average period is included in this period, and the calculation result of the load factor in Equation (2-2) is overestimated. There is sex. In this case, the load factor actually decreases on the weekend, but the load factor does not decrease in calculation, and the load factor cannot be accurately evaluated. On the other hand, if the moving average is performed over a period of one month or longer, there is a risk that the deterioration in performance in units of one week cannot be captured because the period is too long. Considering these, when processing based on data at one hour intervals, if the moving average is performed with the above-mentioned period or data points, the effects of various operating condition fluctuations and deterioration over time may be reflected well. It is possible and suitable.
なお、これらの工程6〜7で負荷率を計算するときの実機時系列データの期間と、前述の工程5でモデル定数を決定するときに使う実機時系列データの期間は異なっていてもよい。例えば、工程5では実機時系列データのうちの或る一定の期間で出力特性モデルの定数を決定し、工程6〜7ではこのモデル定数を、負荷率を評価したい期間全体に適用することができる。このようにすると、劣化評価の対象期間の全データを使うことなく、少ないデータで効率的にモデル定数を決定できる。
It should be noted that the period of the actual machine time series data when calculating the load factor in these steps 6 to 7 and the period of the actual machine time series data used when determining the model constant in the above-described
また、工程7については、工程6の式(2−1)による比Aの計算結果の変動幅が十分小さいか、比Aの値が1に十分近い場合などは省略可能である。この場合、比Aの値を負荷率計算値とするとよい。 Step 7 can be omitted when the fluctuation range of the calculation result of the ratio A according to the equation (2-1) in step 6 is sufficiently small or the value of the ratio A is sufficiently close to 1. In this case, the value of the ratio A may be a load factor calculated value.
工程8(抽出工程)では、工程6〜7での負荷率計算値が一定範囲内のデータを抽出する。具体的には、診断対象期間中の複数時点の運転データから、少なくとも発電出力と吸気温度と吸気圧力を入力に含む関数によって負荷率を計算し、予め定めた方法で分割された複数の負荷率範囲のうち、計算された負荷率の出現割合が最も多い負荷率範囲にある運転データであるベースロードデータを抽出し、これを前記或る範囲の運転データとする。その範囲は、幅が大きい場合は、設備の保守・休止期間などを挟む長期間のデータでは100±25%程度になることもあるが、ベースロード運転が多いガスタービンでは100±3%程度、特に負荷率が比較的一定している場合は100±1%の範囲を抽出するとよい。 In step 8 (extraction step), data in which the calculated load factor in steps 6 to 7 is within a certain range is extracted. Specifically, the load factor is calculated from the operation data at a plurality of points in time during the diagnosis target period using a function including at least the power generation output, the intake air temperature, and the intake pressure as inputs, and the load factors are divided by a predetermined method. Base load data that is operation data in the load factor range where the appearance ratio of the calculated load factor is the largest in the range is extracted, and this is used as the operation data in the certain range. If the range is large, it may be about 100 ± 25% for long-term data including equipment maintenance / outage periods, but about 100 ± 3% for gas turbines with many base load operations, In particular, when the load factor is relatively constant, a range of 100 ± 1% may be extracted.
本実施例(出力負荷率法)の式(1−1)、(1−2)、(2−1)、(2−2)で示した方法では、吸気温度、圧力、発電出力という3つの情報だけで負荷率を計算できる。したがって、運転条件の違いを加味したベースロード運転データの抽出を、少ない情報量と計算量で効果的に実施できる。 In the method shown by the equations (1-1), (1-2), (2-1), and (2-2) of this embodiment (output load factor method), there are three types of intake air temperature, pressure, and power generation output. The load factor can be calculated from information alone. Accordingly, it is possible to effectively extract base load operation data that takes into account differences in operation conditions with a small amount of information and a large amount of calculation.
図3に、前述の図1における工程1のベースロード運転データ抽出方法の別の例を示す。本方式を以下、排気温度法と呼ぶ。その手順は工程9〜10からなる。
FIG. 3 shows another example of the base load operation data extraction method of
工程9(以下、排気温度計算工程と呼ぶ)では、吸気温度と排気温度の関係を示す特性モデル(以下、排気温度特性モデル)に基づいて、実機時系列運転データの吸気温度に対応する排気温度の予測値を計算する。排気温度特性モデルは、次式に示すように、吸気温度Tciを入力として、このときのタービン排気温度Ttoをある関数関係に従って計算して出力するものである。
Tto = f_Tex (Tci) …(3−1)
タービン排気温度Ttoは、タービン最終段のガス温度、タービン中間段のガス温度、又は、タービン制御用の燃焼温度管理指標の上限値ガス温度塔が挙げられる。
In step 9 (hereinafter referred to as the exhaust temperature calculation step), the exhaust temperature corresponding to the intake air temperature in the actual time series operation data based on the characteristic model (hereinafter referred to as the exhaust gas temperature characteristic model) indicating the relationship between the intake air temperature and the exhaust gas temperature. Calculate the predicted value of. As shown in the following equation, the exhaust gas temperature characteristic model is input with the intake air temperature Tci as input, and calculates and outputs the turbine exhaust temperature Tto at this time according to a certain functional relationship.
Tto = f_Tex (Tci) (3-1)
Examples of the turbine exhaust temperature Tto include the gas temperature of the turbine final stage, the gas temperature of the turbine intermediate stage, or the upper limit value gas temperature tower of the combustion temperature management index for turbine control.
排気温度特性モデルの計算手順は、一般にはガスタービンの運転制御ロジックに組み込まれている関係式を使うことができる。ガスタービンの運転制御は一般に、吸気温度と、燃焼器への冷媒噴射量など、いくつかの運転条件が与えられたときに、排気温度として守られるべき上限温度が一定の関数関係によって設定されている。運転においては、排気温度がこの上限値以下になるように設備が制御されている。この上限温度は設備のベースロード運転時の排気温度に対応している。そこで、この関係式を式(3−1)のモデル式として使うと、実際の制御状態をそのまま反映して、正確にベースロード運転時の排気温度を予測できる。これにより、より高精度にベースロード運転データを抽出でき、最終的に高精度に劣化診断ができる。 As a calculation procedure of the exhaust gas temperature characteristic model, a relational expression incorporated in the operation control logic of the gas turbine can be generally used. In general, the operation control of a gas turbine is such that the upper limit temperature to be protected as the exhaust temperature is set by a certain functional relationship when several operating conditions such as the intake air temperature and the amount of refrigerant injected into the combustor are given. Yes. During operation, the equipment is controlled so that the exhaust temperature is less than or equal to this upper limit value. This upper limit temperature corresponds to the exhaust temperature during base load operation of the facility. Therefore, when this relational expression is used as a model expression of Expression (3-1), the actual control state is reflected as it is, and the exhaust temperature at the base load operation can be accurately predicted. As a result, base load operation data can be extracted with higher accuracy, and degradation diagnosis can be finally performed with higher accuracy.
排気温度特性モデルとして、このように制御ロジックが利用できない場合は、単純に次式のように表して、実機運転データや計画値に基づいてモデル化することもできる。
Tto = ato × (Tci−Tci0) + bto × (Gs−Gs0) +Tto …(3−2)
ここで、Gsは燃焼器への冷媒噴射量で、Gs0は標準条件でのその値であるが、ガスタービンが冷媒噴射しない型式の場合は、この右辺第2項は省略する。また、吸気温度以外の運転操作条件として、排気温度への影響が強いものがあれば、Gsの代わりに使うか、あるいはその項を第1、第2項と同様の形でさらに追加するとよい。このような条件の例としては、圧縮機出口温度、タービン中間段のガス温度などがある。タービン中間段のガス温度とは、タービンの入口と出口の間にある複数の翼列段の間のガス温度を指す。また、上式のato、bto、Ttoはモデル定数であり、特にTtoは標準条件での排気温度である。これらのモデル定数は、複数の実機運転データ、あるいは計画値、試験運転データなどに基づいて、フィッティングして決定できる。すなわち、吸気温度と冷媒噴射量に応じた排気温度の複数組のデータを使って、右辺に吸気温度と冷媒噴射量を代入して計算した排気温度の値と、実際のデータの排気温度の値との誤差の二乗和が最小になるように、これらのモデル定数の値を決めるとよい。これには最小二乗法などの公知の方法を使うことができる。本方法によれば、排気温度制御ロジックの情報がなくても、吸気温度と冷媒噴射量、排気温度の組についての、運転データや計画値の情報があれば簡単にモデル化が可能である。
When the control logic cannot be used as the exhaust temperature characteristic model, it can be simply expressed as the following equation and modeled based on actual machine operation data and plan values.
Tto = a to × (Tci- Tci 0) + b to × (Gs-Gs 0) + T to ... (3-2)
Here, Gs in the refrigerant injection amount to the combustor, but Gs 0 is its value at standard conditions, when the type of the gas turbine is not refrigerant injection, the second term the right side will be omitted. Further, if there is a driving operation condition other than the intake air temperature that has a strong influence on the exhaust gas temperature, it may be used instead of Gs, or the term may be further added in the same manner as the first and second terms. Examples of such conditions include compressor outlet temperature and turbine intermediate stage gas temperature. The gas temperature of the turbine intermediate stage refers to the gas temperature between a plurality of cascade stages between the inlet and the outlet of the turbine. Further, a to , b to , and T to in the above equations are model constants, and in particular, T to is the exhaust temperature under standard conditions. These model constants can be determined by fitting based on a plurality of actual machine operation data, plan values, test operation data, or the like. That is, the exhaust temperature value calculated by substituting the intake air temperature and the refrigerant injection amount on the right side using multiple sets of exhaust temperature data corresponding to the intake air temperature and the refrigerant injection amount, and the actual exhaust gas temperature value The values of these model constants should be determined so that the sum of squared errors is minimized. For this, a known method such as a least square method can be used. According to this method, even if there is no information on the exhaust temperature control logic, it is possible to easily model if there is information on operation data and plan values for a set of intake air temperature, refrigerant injection amount, and exhaust temperature.
なお、式(3−2)は、さらに単純化して冷媒噴射量の項を省き、次に示す式(3−3)のようにしてもよい。蒸気噴射ガスタービンであっても、燃料流量と蒸気噴射流量の比率を一定に保つ制御方式の設備では、この方式でも排気温度と吸気温度の関係を十分高精度にモデル化できる。この場合の利点は、より少ない変数で簡便に排気温度を推定できることである。
Tto = ato × (Tci−Tci0) + Tto …(3−3)
工程10(以下、抽出工程と呼ぶ)では、前述の式(3−1)あるいは式(3−2)、(3−3)で排気温度の予測値を計算し、これに対する実測値の偏差が予め定めた一定値以下に収まっているデータを抽出する。抽出条件としては、例えば偏差が±1〜2℃以内であることを基準に判定するとよい。特に実測値が予測値よりも低い場合は、さらに偏差の許容範囲を狭くすると好適である。このような場合は、運転状態が出力低下や燃料発熱量の減少などにより部分負荷状態の側にあるためである。このようにして部分負荷側のデータを極力除くと、負荷率100%近傍でより高精度に運転データを抽出でき、最終的により高精度に劣化を診断できる。
Note that the expression (3-2) may be further simplified to omit the refrigerant injection amount term, and the expression (3-3) shown below may be used. Even with a steam-injected gas turbine, with a control-type facility that maintains a constant ratio between the fuel flow rate and the steam-injection flow rate, the relationship between the exhaust temperature and the intake air temperature can be modeled with sufficiently high accuracy even with this method. The advantage in this case is that the exhaust temperature can be estimated easily with fewer variables.
Tto = a to × (Tci- Tci 0) + T to ... (3-3)
In step 10 (hereinafter referred to as the extraction step), the predicted value of the exhaust temperature is calculated by the above-described equation (3-1) or equations (3-2) and (3-3), and the deviation of the actually measured value from this is calculated. Data that falls below a predetermined value is extracted. The extraction condition may be determined based on, for example, that the deviation is within ± 1 to 2 ° C. In particular, when the actually measured value is lower than the predicted value, it is preferable to further narrow the allowable range of deviation. In such a case, the operating state is on the partial load state side due to a decrease in output or a decrease in the amount of heat generated by the fuel. If data on the partial load side is eliminated as much as possible in this way, operation data can be extracted with higher accuracy near a load factor of 100%, and deterioration can be diagnosed with higher accuracy in the end.
この方法(排気温度法)は、図2で説明した実施例(出力負荷率法)のように、負荷率の複雑な特性を実機データからモデル化する必要がない長所がある。ガスタービンの100%負荷出力は、吸気温度や燃料流量、冷媒噴射量などの条件によって変わるため、運転状態に応じた負荷率も、単純に出力の計測値だけからでは計算できない。このため図2では出力負荷率法による計算方法を示したが、それでもモデル構築には一定の計算量と処理手順を要するものであった。これに対して、排気温度法では、排気温度と吸気温度の関係が、通常は制御ロジックや、制御に使われる簡単な関係式が定まっていることが多いため、工程9においては特別なモデルを独自に構築することなく、これらの既存の関係式を流用することが出来る。したがって、省力的にモデル構築でき、かつ、はじめから精度の高いモデル(実際に制御に使われているので、実機の運転データはその値通りに制御されて運用されているのが通常である)を使うことができるので、効率的に診断システムを構築して運用できる。 This method (exhaust temperature method) has an advantage that it is not necessary to model complicated characteristics of the load factor from actual machine data as in the embodiment (output load factor method) described in FIG. Since the 100% load output of the gas turbine varies depending on conditions such as the intake air temperature, the fuel flow rate, and the refrigerant injection amount, the load factor corresponding to the operation state cannot be calculated simply from the measured output value alone. For this reason, FIG. 2 shows a calculation method based on the output load factor method, but it still requires a certain amount of calculation and processing procedure to build a model. On the other hand, in the exhaust temperature method, the relationship between the exhaust temperature and the intake air temperature usually has a control logic or a simple relational expression used for control in many cases. You can use these existing equations without building your own. Therefore, it is possible to build a model in a labor-saving manner and a highly accurate model from the beginning (because it is actually used for control, it is normal that the operation data of the actual machine is controlled and operated according to its value) Can be used to efficiently build and operate a diagnostic system.
また、式(3−1)〜(3−3)で示した方法で使用する情報は、吸気温度と排気温度、あるいはさらに冷媒噴射量と、2〜3個だけである。この方法では、種々の運転条件の様々な違いが負荷率にどのように影響するかを、これら数個の条件だけで代表させて負荷率が定常負荷近傍にあるかどうかを判定できる。したがって、運転条件の違いを加味したベースロード運転データの抽出を、図2の場合とは別に少ない情報量と計算量で効果的に実施できる。 Moreover, the information used with the method shown by Formula (3-1)-(3-3) is only intake air temperature and exhaust gas temperature, or also refrigerant | coolant injection amount, and 2-3 pieces. In this method, it is possible to determine whether or not the load factor is in the vicinity of the steady load by representing how various differences in various operating conditions affect the load factor only by these few conditions. Therefore, the extraction of the base load operation data considering the difference in the operation conditions can be effectively performed with a small amount of information and a calculation amount separately from the case of FIG.
排気温度法において、このように少ない変数量で、効果的にベースロード運転データを抽出できるのは、排気温度が次のような特性を持つためである。すなわち、排気温度は、熱力学的には、主として吸気流量と燃料流量と冷媒噴射流量という3つの要因によって決まっている。そして、これらの3要因は共通して、ガスタービンの排気温度制御の結果から決まっている。そして、排気温度制御はガスタービンの負荷率が最大近辺になるように制御されている。したがって、排気温度制御の主な入出力である吸気温度と排気温度の関係は、負荷率に影響する上記の3要因の影響を集約した入出力関係になっているといえる。排気温度法はこの特性に着目することによって、負荷率を判定するための入力変数を上記の2〜3項目に減らすことができている。 In the exhaust gas temperature method, the base load operation data can be extracted effectively with such a small amount of variables because the exhaust gas temperature has the following characteristics. In other words, the exhaust temperature is determined thermodynamically mainly by three factors, that is, the intake flow rate, the fuel flow rate, and the refrigerant injection flow rate. These three factors are determined in common from the result of the exhaust gas temperature control of the gas turbine. And exhaust gas temperature control is controlled so that the load factor of a gas turbine becomes near the maximum. Therefore, it can be said that the relationship between the intake air temperature and the exhaust gas temperature, which is the main input / output of the exhaust gas temperature control, is an input / output relationship that summarizes the effects of the above three factors affecting the load factor. By focusing on this characteristic, the exhaust temperature method can reduce the input variables for determining the load factor to the above two or three items.
なお、以上の説明において、工程1のベースロード運転データ抽出方法には、上述の方法の他に、制御モードの情報を利用する方法がある。ガスタービンの運転制御のモードは、大きく分けると、100%負荷域での排気温度制御か、目標出力に合わせた出力制御になる。排気温度制御は、吸気温度に応じて排気温度の目標値を予め一定の関数関係で設定し、運転中の排気温度が目標値になるように運転操作を制御する。これはガスタービンの高温部の温度が材料の耐熱温度を超えないようにするためのものである。出力制御は主に部分負荷時に出力が目標値になるように運転操作する。
In the above description, the base load operation data extraction method in
この運転モードが、どのモードかを示す制御用の信号(以下、運転モード信号と呼ぶ)を、制御装置または制御システムの一部から取得しておくと、時系列データのなかからベースロード運転データを効率的に抽出することができる。このためには、例えば、運転モード信号が100%負荷域の排気温度制御を示しているデータをベースロードデータとして抽出するとよい。 When a control signal indicating the operation mode (hereinafter referred to as an operation mode signal) is acquired from a part of the control device or the control system, the base load operation data is obtained from the time series data. Can be extracted efficiently. For this purpose, for example, data indicating that the operation mode signal indicates exhaust temperature control in a 100% load region may be extracted as base load data.
このような方法は、ベースロード運転状態を設備の制御状態にあわせて正確に把握でき、明らかな部分負荷データを予め効率的に除外できる効果がある。しかし、その反面で、このような運転モード信号は、実機運転データの採取項目に含まれていないことが多い。この場合、制御装置または制御システムからこの信号を取得して伝送するための設備の追加や改造が必要となる。これに対して、上で述べた図2や図3のベースロード抽出方法では、このような改造をすることなく、既存の計測データだけを使って効率的にベースロード運転データを抽出できる。 Such a method has an effect that the base load operation state can be accurately grasped according to the control state of the equipment, and the obvious partial load data can be efficiently excluded beforehand. However, on the other hand, such an operation mode signal is often not included in the collection items of actual machine operation data. In this case, it is necessary to add or modify equipment for acquiring and transmitting this signal from the control device or the control system. On the other hand, in the base load extraction method of FIG. 2 and FIG. 3 described above, base load operation data can be efficiently extracted using only existing measurement data without such modification.
また、工程1のベースロード運転データ抽出のさらに別の方法として、圧縮機入口案内翼開度によって負荷率を判定して抽出する方法であってもよい。この方法としては、入口案内翼開度について、通常運用で設定されている最大開度に対する比率が100%未満、例えば97〜99%以下になっているデータを除外して、残りのデータをベースロード運転データとして抽出するとよい。入口案内翼開度を可変制御するガスタービンは、吸気流量を変えることによって燃焼条件や燃焼温度を制御するために入口案内翼開度が操作されている。入口案内翼開度は、ガスタービンが最大負荷率近辺でベースロード運転されている状態では、吸気温度などの気象条件によらず一定である。このため、このような機種のガスタービンにおいては、入口案内翼開度が負荷率のよい目安になることがある。ただし、負荷率がある程度よりも下がらないと入口案内翼角度を操作しないことも多いため、開度情報だけでは負荷率判定のための精度は十分でないことがある。したがって、入口案内翼開度によるベースロード運転データ抽出方法は、負荷率の判定精度が大まかになる場合もあるが、上述の例で説明したような複雑な処理をすることなく、単純な処理によってベースロード運転データの範囲を抽出できる長所がある。
Further, as another method of extracting the base load operation data in the
図4及び図5を援用して、図1における工程2のモデル定数決定の詳細手順の例を以下で説明する。工程2では、前述したように、工程1で抽出されたベースロード運転データに基づいて、ガスタービンの性能特性モデルのモデル定数を決定する。この際に、対象ガスタービンが、エネルギーサービス事業用に用いられているものや、経年機などの場合、設備の保有事業者や運転保守の実施事業者には、対象機の性能モデルやモデル定数が未知であることが一般的である。特にモデル定数は、対象設備の製造事業者の設計情報であり、一般にはほとんど開示されていない。仮に開示された場合でも、経年機では度重なる保守や部品交換などによって、性能特性が設計時と異なっていることも多い。
With reference to FIGS. 4 and 5, an example of a detailed procedure for determining the model constant in
このような場合は、性能特性モデルを実機の運転データから構築する必要がある。このためには、代表的な運転条件である吸気温度、すなわち大気温度の範囲が運転範囲の全体を含むようにデータを採取する必要がある。例えば、年間の最高・最低気温の範囲を含めるために、望ましくは1年周期、少なくとも最高気温と最低気温の間の期間として約半年程度の期間が必要になる。しかし、このような期間中にもガスタービンの性能は劣化する。このことによる問題点は、設備が劣化する前の正常状態のモデルを構築するために収集したデータのなかに劣化の影響が含まれてしまうことである。したがって、このように経時劣化の影響が含まれた実機運転データからでも、劣化前の性能特性モデルを同定できる方法が必要となる。 In such a case, it is necessary to construct a performance characteristic model from actual operation data. For this purpose, it is necessary to collect data so that the range of the intake air temperature, that is, the atmospheric temperature, which is a typical operation condition, includes the entire operation range. For example, in order to include the range of annual maximum and minimum temperatures, it is desirable that a period of about half a year is required as a period between at least the maximum temperature and the minimum temperature. However, the performance of the gas turbine deteriorates even during such a period. The problem with this is that the effects of degradation are included in the data collected to build a model in a normal state before the equipment is degraded. Therefore, there is a need for a method capable of identifying a performance characteristic model before deterioration even from actual machine operation data including the influence of deterioration over time.
これに対応するため、本発明では、劣化の影響を加味して実機データの性能特性をモデル化した後に、このモデルから劣化を反映する計算部分を除外することによって、劣化進行前の初期の性能特性モデルを得る方法を提供する。 In order to cope with this, in the present invention, after modeling the performance characteristics of actual machine data in consideration of the influence of deterioration, by excluding the calculation part reflecting the deterioration from this model, the initial performance before the deterioration progresses A method for obtaining a characteristic model is provided.
これを模式的に説明すると図4を使って次のようになる。すなわち、本発明で使う性能特性モデルは、性能特性モデル11に、大気条件などの運転条件14と、設計条件によって決まる対象機固有のモデル定数12を入力して性能を計算し、その計算結果15(性能計算値)を出力する際に、さらに、劣化の進行を性能計算に反映させるためのモデル定数(以下、特に劣化係数13と呼ぶ)を加味するものとなっている。この特性モデルの使い方として、モデル定数12を同定する際には、前述の工程1(ベースロード運転データ抽出工程)で抽出した実機のベースロード運転の時系列データを使って、モデル定数12と劣化係数13を決定する。そして、性能劣化が起こる前の当初の性能特性モデルとしては、このうち劣化係数13及びこれを使った性能計算部分を除外したものを特性モデルとする。すなわち、図4において劣化係数13とこれに関連する計算部分を省いたものを、性能劣化前の特性モデルとする。
This is schematically explained as follows using FIG. That is, the performance characteristic model used in the present invention calculates the performance by inputting the operating
このような性能特性モデルのモデル化方法の例を以下に示す。式(4−1)、(4−2)、(4−3)は、本発明が提供するモデル化方法の1例であり、これらをまとめて式(4)と呼ぶ。式(4−1)は、性能Yを、運転条件が標準条件のときの性能Y0に、標準条件からのずれによる性能の補正量ΔYを加えて計算する。この際に、式(4−2)は、性能の補正量ΔYを、少なくとも1つ以上の運転条件xi(i=1,2,…)の関数f_opr(以下、運転条件補正関数と呼ぶ)として計算する。この運転条件補正関数f_oprの中に使用される係数や定数項の中に前述の図4のモデル定数12が含まれる。また、式(4−3)は、標準条件での性能Y0を、劣化の進行に応じて変えるように関数f_dgr(以下、基準値経時低下関数と呼ぶ)によって計算する。基準値経時低下関数f_dgrは、変数として稼働時間tを含み、この他に、劣化が起こる前の当初の性能値Y00(標準条件での値であり、定数)と、稼働時間tの経過による性能低下の進行を模擬するための少なくとも1つ以上の定数係数αj(j=1,2,…)(図4の劣化係数13)を定数として含んでいる。
An example of such a performance characteristic model modeling method is shown below. Expressions (4-1), (4-2), and (4-3) are examples of modeling methods provided by the present invention, and these are collectively referred to as Expression (4). Equation (4-1) calculates the performance Y by adding the performance correction amount ΔY due to deviation from the standard condition to the performance Y 0 when the operating condition is the standard condition. At this time, the equation (4-2) indicates that the performance correction amount ΔY is a function f_opr (hereinafter referred to as an operation condition correction function) of at least one or more operation conditions x i (i = 1, 2,...). Calculate as The above-described model constant 12 in FIG. 4 is included in the coefficients and constant terms used in the operating condition correction function f_opr. Further, the equation (4-3) is calculated by a function f_dgr (hereinafter referred to as a reference value temporal decrease function) so that the performance Y 0 under the standard condition is changed according to the progress of deterioration. The reference value temporal decrease function f_dgr includes the operating time t as a variable, and in addition to this, the initial performance value Y 00 (a value under standard conditions and a constant) before the deterioration occurs and the elapsed operating time t. At least one constant coefficient α j (j = 1, 2,...) (
ここで、性能Yは、代表的には、発電出力、発電効率、圧縮機圧力比、燃料流量、圧縮機効率、タービン効率、吸気流量である。Yはこれらに限定されるものではなく、設備の劣化或いは保守による影響により値が変化するような指標であれば対象となる。また、運転条件とは前述した大気温度・圧力などの環境条件や、燃料流量などの操作条件を示し、標準条件とは例えばISOで定められた標準大気条件や、この大気条件に対応する操作条件の値を示す。
Y = ΔY + Y0 …(4−1)
ΔY = f_opr(xi) …(4−2)
Y0 = f_dgr(t) …(4−3)
これらの式(4)の特徴は、劣化による性能特性の変化の影響を、標準条件での性能を示す基準値経時低下項(式(4−1)の右辺第2項、式(4−3))に集約したことである。厳密には、劣化による性能特性の変化は、補正項ΔY(式(4−1)の右辺第1項)の運転条件補正関数f_opr(式(4−2))にも及ぶ。しかし、発明者らはガスタービンの性能特性を分析した結果、補正項ΔYへの影響は、標準条件換算性能Y0の経時変化への影響に比べて、相対的に小さいことを見出した。そこで、性能の経時劣化を、このように標準条件での性能値Y0の値を劣化に応じて変化させる基準値経時低下関数f_dgrのようにしてモデル化し、一方で、標準条件からのずれによって性能を補正する運転条件補正関数f_oprは劣化によらず一定とするモデル化方法を考案した。この方式は、ガスタービンの性能劣化の複雑な影響を、上のように標準条件での出力値の経時低下だけに着目してモデル化し、運転条件の違いによる性能補正への影響を省略している。この単純化によって、本方式では省力的かつ効率的に、ガスタービン性能の経時劣化と、運転条件による性能変化の複雑な特性を分離して評価できるようになっている。
Here, the performance Y is typically power generation output, power generation efficiency, compressor pressure ratio, fuel flow rate, compressor efficiency, turbine efficiency, and intake air flow rate. Y is not limited to these, and is an index that changes in value due to deterioration of equipment or the effect of maintenance. The operating conditions indicate the environmental conditions such as the atmospheric temperature and pressure described above, and the operating conditions such as the fuel flow rate. The standard conditions are, for example, the standard atmospheric conditions determined by ISO and the operating conditions corresponding to the atmospheric conditions. Indicates the value of.
Y = ΔY + Y 0 (4-1)
ΔY = f_opr (x i ) (4-2)
Y 0 = f_dgr (t) (4-3)
The characteristic of these equations (4) is that the influence of the change in the performance characteristics due to deterioration is expressed by the second term on the right side of equation (4-1), equation (4-3) indicating the performance under standard conditions. )). Strictly speaking, the change in the performance characteristics due to the deterioration extends to the operating condition correction function f_opr (formula (4-2)) of the correction term ΔY (the first term on the right side of the formula (4-1)). However, the inventors have found that analysis of the performance characteristics of the gas turbine, the effect of the correction term [Delta] Y, as compared with the effect on the time course of standard conditions in terms performance Y 0, was found to be relatively small. Therefore, the deterioration over time of the performance is modeled as a reference value deterioration function f_dgr that changes the value of the performance value Y 0 under the standard conditions in accordance with the deterioration as described above. A modeling method has been devised in which the operating condition correction function f_opr for correcting the performance is constant regardless of deterioration. This method models the complicated effects of gas turbine performance degradation, focusing only on the aging of the output value under standard conditions, as described above, and omits the effect on performance correction due to differences in operating conditions. Yes. Due to this simplification, the present system can separate and evaluate the time-dependent deterioration of the gas turbine performance and the complicated characteristics of the performance change depending on the operating conditions in a labor-saving and efficient manner.
この式(4)の性能特性モデル11のモデル式の具体的な一例を示すと式(5−1)の通りである。この式で、xi0は少なくとも1つ以上の運転条件xi(i=1,2,…,n)の標準条件での値を示す。記号Σは項ai×(xi−xi0)をi=1,2,…nまで加算することを示す(Σの説明は以下同様とする)。係数ai(i=1,2,…)は、i番目の運転条件xiの標準条件xi0との偏差に応じた、性能Yの補正係数である。αは稼働時間に応じた性能Yの劣化係数である。定数項Y00は標準条件での性能値Y0についての、性能が劣化する前の当初の値を示す。なお、本発明で、性能劣化前の当初の値とは、対象期間中における当初の値を指すものである。
Y = Σai×(xi−xi0) + (α×t + Y00 ) …(5−1)
Y = Σai×(xi−xi0) + Y00 …(5−2)
式(5−1)において、係数ai(i=1,2,…)と定数項Y00は図4のモデル定数12に相当し、αは劣化係数13に相当する。これらai、α、Y00の値の決定方法としては、工程1で抽出したベースロードの実機時系列運転データを使って、公知の重回帰分析の最小二乗法や最尤推定法などの方法で計算するとよい。
A specific example of the model formula of the performance characteristic model 11 of this formula (4) is as shown in formula (5-1). In this equation, x i0 represents a value under a standard condition of at least one operating condition x i (i = 1, 2,..., N). The symbol Σ indicates that the term a i × (x i −x i0 ) is added to i = 1, 2,... N (the description of Σ is the same hereinafter). The coefficient a i (i = 1, 2,...) Is a correction coefficient for the performance Y according to the deviation of the i-th operating condition x i from the standard condition x i0 . α is a deterioration coefficient of the performance Y according to the operating time. Constant term Y 00 represents an initial value prior to the Performance values Y 0 at standard conditions, the performance is degraded. In the present invention, the initial value before performance deterioration refers to the initial value during the target period.
Y = Σa i × (x i −x i0 ) + (α × t + Y 00 ) (5-1)
Y = Σa i × (x i -x i0) + Y 00 ... (5-2)
In the equation (5-1), the coefficient a i (i = 1, 2,...) And the constant term Y 00 correspond to the model constant 12 in FIG. As a method of determining the values of a i , α, and Y 00 , a method such as a known least square method or maximum likelihood estimation method of multiple regression analysis using the base load actual machine time-series operation data extracted in
式(5−1)において、このようにしてモデル定数を決定したら、式(5−2)に示すように経時劣化の項を取り去ることで、劣化進行前の性能特性を示すモデル式ができる。この方式では、式(5−1)に示す極めて単純な形で、性能の経時劣化と、運転条件変動の項を分離していることにより、ガスタービンの運転条件変動と劣化による性能の変化を、簡単かつ容易に模擬することができる。 If the model constant is determined in this way in the equation (5-1), a model equation showing the performance characteristics before the progress of deterioration can be obtained by removing the term of deterioration with time as shown in the equation (5-2). In this method, the performance degradation due to the gas turbine operating condition variation and deterioration is separated by separating the term of performance deterioration with time and the operating condition variation term in the extremely simple form shown in equation (5-1). Can be simulated simply and easily.
表1に、式(5−1)で性能特性をモデル化する際の性能評価指標Yと運転条件の変数xiの好適な対応例を示す。表1中で、◎印は対象となる性能指標をモデル化するための運転条件として特に使うことが望ましいもの、○印はモデルの精度が不十分な場合にさらに追加して使うことができるものである。 Table 1 shows a preferable correspondence example between the performance evaluation index Y and the operating condition variable x i when the performance characteristic is modeled by the equation (5-1). In Table 1, ◎ indicates that it is particularly desirable to use as an operating condition for modeling the target performance index, and ○ indicates that the model can be additionally used when the accuracy of the model is insufficient. It is.
表1に示すように、性能指標Yのうち、発電出力、発電効率、圧縮機圧力比、燃料流量、圧縮機効率、タービン効率、吸気流量は次式のように表すことで十分高精度にモデル化できる。なお、圧縮機圧力比は、変数xiに吸気圧力を使わずに吸気温度のみの関数としてもよく、あるいは吸気温度と湿度の関数にするとさらに特性モデルを高精度化できる。
Y = a1×(Tci−Tci0) + a2×(Pci−Pci0) + α×t + Y00 …(5−3)
なお、表1の○印の変数の使い方としては、上述のようにモデル化の式に組み込むのではなく、前述のベースロード運転データ抽出工程1のデータ抽出条件として組み合わせてもよい。すなわち、前述したベースロード運転データ抽出工程1において抽出データを判定する工程8や工程10の判定条件は、これら○印の変数の値の上下限許容範囲の条件がさらに付け加えられたものであってもよい。このようにすると、性能指標の特性モデルに影響は及ぼすものの、中心的に影響するわけではない、これらの変数の変動の影響を、特性モデルを構築前のデータ抽出の段階(工程1)で予め除外することができる。したがって、工程2で性能特性をモデル化する際に、主要な影響を及ぼす運転条件に絞って、高精度にモデル化できる。
As shown in Table 1, among the performance indicators Y, the power generation output, power generation efficiency, compressor pressure ratio, fuel flow rate, compressor efficiency, turbine efficiency, and intake air flow rate are modeled with sufficiently high accuracy by being expressed as follows: Can be Incidentally, the compressor pressure ratio can higher accuracy is good, or a further characteristic model when the function of intake air temperature and humidity as a function of intake air temperature alone without using the intake air pressure to the variable x i.
Y = a 1 × (Tci- Tci 0) + a 2 × (Pci-Pci 0) + α × t + Y 00 ... (5-3)
In addition, as for how to use the variable marked with ○ in Table 1, it may be combined as a data extraction condition in the above-described base load operation
なお、性能特性モデル式が式(5−1)〜(5−3)のように線形でない場合は、図5に示すような手順でモデル定数を決定するとよい。すなわち、モデル定数12と劣化係数13の初期値をはじめに設定(工程20)し、続いて、これらの定数を設定した性能特性モデル11に、運転条件14を入力して性能を計算して結果(性能計算値15)を出力(工程21)し、この性能計算値15が実測値に対して予め定めた一定の誤差範囲内にあるかを判定(工程22)するとよい。性能計算値15が実測値に対して予め定めた一定範囲内にない場合は、モデル定数12と劣化係数13を修正(工程23)して、上記工程21〜22を再度実行し、これを工程22の判定結果が一定範囲以下になるまで繰り返すとよい。この工程22の終了条件が満たされたときのモデル定数12と劣化係数13の値がそれぞれの最終的に決定される値である。これらは、公知の非線形最小二乗法などの方法で実施できる。
When the performance characteristic model formula is not linear as in formulas (5-1) to (5-3), the model constant may be determined by the procedure shown in FIG. That is, the initial values of the model constant 12 and the
図6を用いて、図1における工程3の基準化の詳細手順の例を以下に説明する。工程3では、前述したように、工程2で決定したモデル定数12を使って、ガスタービンの実機性能の時系列データを標準条件での性能相当値に換算する。これを行うモデル(以下、基準化モデル17と呼ぶ)は、図6に示すように、モデル定数12と運転データ16を入力して、運転条件によって変化している実機の性能値を、一定の標準条件下に直したときの相当値(以下、基準化データ18と呼ぶ)に換算し、これを出力するものである。ここでモデル定数12は前述の工程2で決定した値を使うことができる。また運転データ16とは実機の運転条件14と、このときの実機の性能Yの実測値を合わせたデータを総称している。
An example of the detailed procedure for standardization in
基準化モデルのモデル式は式(6−1)のようになり、基準化データY0を、性能値Yと先に式(4−2)で述べた運転条件補正関数f_opr(Xi)に基づいて計算する。より具体的には、例えば前述の式(5−1)に対応する形では式(6−2)のように、式(5−3)に対応する形では式(6−3)のようにするとよい。これらの場合、モデル定数aiは、先に式(5−1)で求めたものを使うことができる。この方式による場合、基準化モデルを新たに始めから作ることなく、前の工程2で決定したモデル定数12を使って効率的に基準化計算を実行できる。
Y0 = Y − f_opr(Xi) …(6−1)
Y0 = Y − Σai×(xi−xi0) …(6−2)
Y0 = Y − a1×(Tci−Tci0) − a2×(Pci−Pci0) …(6−3)
なお、以上で述べた工程2でのモデル定数決定に使う実機時系列データの期間と、工程3で実機データを基準化する実機時系列データの期間は異なっていてもよい。例えば、工程2では実機時系列データのうちの或る一定の期間で性能特性モデルのモデル定数を決定し、工程3ではこのモデル定数を性能劣化や保守による性能回復の傾向を評価したい期間全体に適用することができる。このようにすると、劣化評価の対象期間の全データを使うことなく、少ないデータで効率的にモデル定数を決定できる。これは、特に保守によって性能が復帰しているときを含むような期間を評価するときに有用な方法である。例えば、性能が経時的に低下している設備で保守を実施して、その直後から性能が一度に大幅に回復したような場合、このような性能の不連続期間を含む実機運転データに基づいて性能特性モデルのモデル定数を決定するとモデルの精度が悪くなる。このような場合、例えば、保守実施の前(あるいは後)の期間で性能特性モデルのモデル定数を決定(工程2)し、性能を基準化(工程3)する際には、このモデル定数を保守実施の前後に値を変えず、同じ値を使って性能の基準化データを計算するとよい。
Model type of the reference model is as shown in equation (6-1), the reference data Y 0, the performance values Y and previously Formula (4-2) in said operating conditions correction function f_opr (X i) Calculate based on. More specifically, for example, in the form corresponding to the above-described expression (5-1), as in the expression (6-2), in the form corresponding to the expression (5-3), as in the expression (6-3). Good. In these cases, as the model constant a i , the one previously obtained by the equation (5-1) can be used. In this method, the standardization calculation can be efficiently executed using the model constant 12 determined in the
Y 0 = Y - f_opr (X i) ... (6-1)
Y 0 = Y - Σa i × (x i -x i0) ... (6-2)
Y 0 = Y - a 1 × (Tci-Tci 0) - a 2 × (Pci-Pci 0) ... (6-3)
It should be noted that the period of the actual machine time series data used for determining the model constant in the
図7に、本発明によるガスタービン診断システムの実施形態の例を示す。 FIG. 7 shows an example of an embodiment of a gas turbine diagnostic system according to the present invention.
本システムでは、まず、ガスタービン101についての一定時間周期で採取された運転データが、送信手段111から送信され、通信回線112を経て、受信手段113にて受信される。そして、受信された情報が計算手段102で処理され、出力手段103に出力される。ここで通信回線112と送信手段111,受信手段113は、公知の情報伝送手段とその送受信手段であればよく、例えばインターネットや、有線・無線の専用情報回線とその送受信手段など任意の通信手段を用いることができる。
In this system, first, operation data collected at a certain period of time for the
計算手段102の内部構成と処理システムは次のようになっている。入力手段130は、受信手段113から受けた情報を次に示すベースロード運転データ抽出手段131に入力する。ベースロード運転データ抽出手段131は、入力手段130から入力された実機運転データに基づいて、工程1の内容を実行してベースロード運転データを抽出して出力する。モデル定数決定手段132は、前のベースロード運転データ抽出手段131で出力されたベースロード運転データを入力情報として、前述の工程2の内容を実行し、これによって決められたモデル定数12の値を出力する。基準化手段133は、前のモデル定数決定手段132で出力されたモデル定数12の値を用いて、前述の工程3の内容を実行し、基準化データ18を出力する。ここで前記手段131〜133の機能は、ガスタービン101に付属するデータ採取手段から、最終的な出力手段103に至る、情報経路上の任意の場所に分散していてよい。例えば、ベースロード運転データ抽出手段131を、送信手段111で情報を送信する前の段階に備えることが可能である。このようにすると、通信回線112を経て伝送される情報は抽出後のベースロードデータのみになるため情報通信量を軽減でき、また、計算手段側でのベースロード運転データ抽出手段131の実行が不要になるので、計算負荷を下げることができる。
The internal configuration and processing system of the calculation means 102 are as follows. The
以上のようにして計算手段102で処理された結果は、情報回線114を介して出力手段103に伝達されて出力される。出力手段103は具体的には、計算機のディスプレイなどの表示装置や、ハードディスクやメモリなどの電子データ格納手段、印刷機などの情報印字・描画手段など、公知の任意の手段を用いることができる。出力手段103におけるデータの出力形式は、基準化データの時系列の推移を示すトレンドグラフや、時系列レコードデータとして出力される。
The result processed by the calculation means 102 as described above is transmitted to the output means 103 via the
本システムにおけるガスタービン101、計算手段102、出力手段103の設置場所の位置関係は、一例として、計算手段102と出力手段103がガスタービン101の設置サイトとは別の場所にあるものとする。このようにすると多数の設備の劣化状況を遠隔監視センターなどで集中的に監視して把握できる。また、計算手段102を診断事業者の管理化において運用し、また、計算手段の新型機器への更新や計算方法を改良したりすることができるため、長期的にみて柔軟かつ効率的に運用できる。
As an example, the positional relationship between the installation locations of the
しかし、設置場所の位置関係はここに述べたものに限らず、任意でよい。例えば、出力手段103をガスタービン101の設置サイトに設置してもよい。これは、ガスタービン101を設置しているサイトの事業者(ここではサイト事業者と呼ぶ)が、ガスタービン101についての性能診断サービスを別の事業者(診断事業者と呼ぶ)から受ける場合に好適な形態である。サイト事業者は、計算手段102などの余分な設備を設置して維持管理することなく、最終的に必要な、劣化の診断結果の情報のみを入手することが出来る。
However, the positional relationship between the installation locations is not limited to that described here, and may be arbitrary. For example, the
あるいは、例えば、出力手段103を、ガスタービン101の設置サイトとも、計算手段102の設置場所とも異なる、さらに別の場所として、ガスタービン101の設置事業者(サイト事業者)の本社などに配置してもよい。これは、ガスタービン101の劣化状況の診断結果情報に基づく、保守計画の立案・検討を行う部署がサイト事業者の本社など、サイトと別の場所にある場合に好適である。
Alternatively, for example, the
図8〜10を用いて、本発明の方法によってガスタービンの性能の経時変化を評価した事例を以下に示す。 The example which evaluated the time-dependent change of the performance of a gas turbine by the method of this invention using FIGS. 8-10 is shown below.
図8は、或るガスタービンの約17,000時間の稼動中における発電出力の推移の生データである。その経時推移は、吸気温度の年間変動によって年間周期で大きく波打っているだけでなく、さらに運転時の負荷率の変動や吸気温度の日変動によっても変動しているため、常に大きい上下変動幅を持っており、このままでは劣化の程度を判定できない。 FIG. 8 is raw data of the transition of the power generation output during operation of a certain gas turbine for about 17,000 hours. The time course of the fluctuations is not only greatly waving in the annual cycle due to annual fluctuations in the intake air temperature, but also due to fluctuations in the load factor during operation and daily fluctuations in the intake air temperature. In this state, the degree of deterioration cannot be determined.
図9は、これに対して、本発明の方法のうち、ベースロード運転データ抽出工程1を省略して、モデル定数を同定(工程2)し、標準の吸気温度・圧力での値に基準化(工程3)して出力した結果を示したものである。ここではISOで定める吸気温度15℃、相対湿度60%の条件での相当値に換算した。この結果を見ると、図8に見られた大きな上下変動が多少は解消されているものの依然として年間周期の変動が大きく残っており、性能の劣化を判定することは困難である。
In contrast to this, FIG. 9 omits the base load operation
図10は、これらに対して、本発明の方法で、ベースロード運転データの抽出を実施(工程1)してから、モデル定数を同定(工程2)し、標準の吸気温度・圧力での値に基準化(工程3)して出力した結果を示している。図中の三角マークはエンジン交換や、翼交換、その他の部品交換などの実施時期を示している。基準化データの経時推移をみると、保守を実施した直後には性能が回復し、その後、経時的に低下している様子が明らかになっている。特に、エンジン交換を示す(2)、(5)では性能が大幅に回復し、タービン翼の交換を示す(1)においても交換直後の暫くの間は性能が顕著に回復し、これらのいずれにおいてもその後は性能が経時低下している。また、その他の部品に異常があり交換した(3)、(4)においても、交換直前には性能が1%ほど急激に低下しており、部品交換によって、この低下が回復していることがわかる。また、基準化データの時々刻々の上下変動幅もほぼ相対比±1%以内に収まっており、その上下変動も均等であるため、上の保守時の性能回復で例示したのと同じように経時的な性能低下をほぼ1%単位で識別可能といえる。このように、図9においては図8と異なり、劣化の進行や保守の実施による性能の上下変動を高精度に評価可能である。これは、本発明の方法におけるベースロード運転データ抽出工程1による効果である。
FIG. 10 shows that the method according to the present invention extracts base load operation data (step 1), identifies model constants (step 2), and calculates values at standard intake air temperature and pressure. Shows the result of normalization (step 3) and output. The triangle mark in the figure indicates the timing of engine replacement, blade replacement, and other parts replacement. Looking at the time course of the standardized data, it is clear that the performance recovered immediately after the maintenance was performed, and then decreased over time. In particular, in (2) and (5) indicating engine replacement, the performance was significantly recovered, and in (1) indicating turbine blade replacement, performance was significantly recovered for a while immediately after the replacement. However, after that, the performance deteriorates with time. In addition, in (3) and (4) where other parts were replaced due to an abnormality, the performance dropped sharply by about 1% immediately before the replacement, and this decrease was recovered by replacing the parts. Recognize. In addition, the vertical fluctuation range of the standardized data from time to time is within the relative ratio ± 1%, and the vertical fluctuation is uniform. It can be said that a general performance degradation can be identified in units of almost 1%. In this way, unlike FIG. 8, in FIG. 9, it is possible to evaluate the vertical fluctuation of the performance due to the progress of deterioration and the execution of maintenance with high accuracy. This is an effect of the base load operation
図11に、本発明のガスタービン性能診断システムに備えておくと好適な表示画面の例を示す。表示画面140は、出力手段103(図7)を示す表示装置の一画面例である。この表示画面140は、下記に述べる元グラフ141とオブジェジクト142及び抽出グラフ143を備える。元グラフ141は前記性能指標についての、診断対象期間中の複数時点の運転データ(前記元データ)の時系列変化を表示するグラフ141である。オブジェクト142は表示画面上に配されたボタン又は表示メニューなどのオブジェクトであって、クリックや画面上で選択されると、前記ベースロード運転データ抽出手段で前記元データからベースロード運転データの抽出が開始される。抽出グラフ143は前記ベースロード運転データ抽出手段で抽出されたベースロード運転データ(以下、抽出データと呼ぶ)の時系列変化を表示するグラフである。前記元グラフと前記抽出グラフの代わりに、前記元データと抽出データを区別できるようにプロットの記号や色を変えて1つのグラフに重ねて表示したグラフ(以下、抽出重ねグラフと呼ぶ)を備えても良い。また、さらに基準化手段から出力された基準化データの時系列変化を表示するグラフ144(以下、基準化グラフと呼ぶ)を備えても良い。
FIG. 11 shows an example of a display screen that is preferably provided in the gas turbine performance diagnosis system of the present invention. The
なお、抽出実行ボタン142は図では1個としたが、これに限る必要はなく、前述の出力負荷率法や、排気温度法、前述のその他の方法など、種々のベースロード運転データ抽出方法に対応する複数個のボタンを配置して、抽出方法の選択や、抽出条件(上下限範囲の設定など)を指定できるようにしてもよい。この際に、該複数個のボタンは、複数同時選択を許容するものとし、選択された複数通りの抽出方法による各抽出結果のAND条件(積集合)を抽出結果とするとなおよい。
Although the number of the
ベースロード運転データの抽出は、性能診断の精度に大きく影響し、極めて重要であり、このことは先に図9と図10の事例を比較して説明した通りである。本表示画面140は、上述のように抽出実行ボタン142と、元グラフ141、抽出グラフ143、あるいは抽出重ねグラフを備えているので、診断にとって重要なベースロード運転データの抽出がどのようになされたか、ユーザが確認したいときに、迅速に表示できる。
The extraction of the base load operation data greatly affects the accuracy of the performance diagnosis and is extremely important, as described above by comparing the cases of FIG. 9 and FIG. Since the
さらに基準化グラフ144も備えられている場合は、ユーザが、ベースロード抽出の状況を、基準化グラフに示される性能推移の状況と対比させて見ることができる。これによって、ユーザが、性能劣化の状況と、これに影響するベースロード抽出の状況を総合的に判断して、直観的かつ高精度に診断業務を遂行するのを支援できる。
Further, when the
また、前述のように抽出実行ボタン142が抽出方法に応じて複数個備えられている場合、本システムのユーザは、例えば、ベースロード運転データの抽出状況を画面で観察していて抽出が十分適切にできていないと判断した場合などに、抽出の方法や組み合わせを変更できる。この変更に応じた抽出結果と劣化診断結果は、ただちに抽出グラフ143と基準化グラフ144に反映されるので、ユーザは、種々の抽出方法やその組み合わせを画面上で手軽に試して、表示される結果(抽出グラフ、基準化グラフ)を比較検討することができる。本システムはこのように、抽出方法に応じたベースロード運転データ抽出状況をユーザ入力に応じて対話的に表示できるので、最も精度の高い抽出方法をユーザが選定するのを効率的に支援できる。
When a plurality of
以上に述べたガスタービンの性能劣化の診断方法においては、さらに次のようにすることで診断の精度を向上することができる。すなわち、工程1のベースロード運転データ抽出の際に、さらに運転条件が一定の範囲内にあるデータに絞り込んで(AND条件で)抽出するとよい。このような運転条件としては、例えば、蒸気噴射などの冷媒噴射量またはその温度・圧力・熱量、あるいは再熱サイクルの温度・流量・圧力条件などの、プロセスの入力に関連する条件が該当する。
In the gas turbine performance deterioration diagnosis method described above, the diagnosis accuracy can be further improved by the following. That is, at the time of base load operation data extraction in
また、同様に工程1のベースロード運転データ抽出における出力負荷率法の計算や、工程2,3での性能特性モデルの決定をする際に、複数の吸気温度条件範囲に分けて、モデル化をすることも有効な方法である。ガスタービンは吸気温度が低下すると出力が向上するが、実際には発電機の容量に併せて、吸気温度が低い領域での出力を抑える運転をすることも多く、このような場合に、この低吸気温度域では性能特性が変わることがある。本方法ではこのような特性変化に柔軟に対応することができる。
Similarly, when calculating the output load factor method in the base load operation data extraction in
1…ベースロード運転データ抽出工程、2…モデル定数決定工程、3…基準化工程、4…診断工程、5…出力特性モデル同定工程、6…負荷率計算工程、7…負荷率計算工程、8…抽出工程、9…排気温度計算工程、10…抽出工程、11…性能特性モデル、12…モデル定数、13…劣化係数、14…運転条件、15…性能計算値、16…運転データ、17…基準化モデル、18…基準化データ、101…ガスタービン、102…計算手段、103…出力手段、131…ベースロード運転データ抽出手段、132…モデル定数決定手段、133…基準化手段、140…表示画面。
DESCRIPTION OF
Claims (22)
特性モデルの関数関係に基づいて、前記性能指標を予め定めた吸気温度と吸気圧力における値である基準化データに換算する基準化モデルを、少なくとも前記性能指標と吸気温度と吸気圧力を含む変数を入力として、前記基準化データを出力する関数としてモデル化し、
前記基準化モデルを使って、前記診断対象期間中の或る範囲の運転データに含まれる前記性能指標の値を基準化データに換算して出力し、出力された該基準化データの時系列的な減少または増加によって性能の劣化または回復を判定するガスタービンの性能診断方法であって、
前記診断対象期間中の或る範囲の運転データとして、前記診断対象期間中の複数時点の運転データから、少なくとも発電出力と吸気温度と吸気圧力を入力に含む関数によって負荷率を計算し、予め定めた方法で分割された複数の負荷率範囲のうち、計算された負荷率の出現割合が最も多い負荷率範囲にある運転データであるベースロードデータを抽出し、これを前記或る範囲の運転データとすることを特徴とするガスタービンの性能診断方法。 Based on a range of operating data during the gas turbine diagnostic period, at least one of the performance indicators of the gas turbine is characteristically modeled as a function that includes at least the intake air temperature and the intake air pressure as inputs.
Based on the functional relationship of the characteristic model, a standardized model that converts the performance index into standardized data that is a value at a predetermined intake air temperature and intake air pressure, and a variable that includes at least the performance index, the intake air temperature, and the intake air pressure. Model as a function that outputs the normalized data as input,
Using the standardized model, the value of the performance index included in a certain range of operation data during the diagnosis target period is converted into standardized data and output, and the standardized data output is time-sequentially A method for diagnosing performance of a gas turbine that determines deterioration or recovery of performance by a significant decrease or increase,
As a certain range of operation data during the diagnosis target period, a load factor is calculated from a plurality of time operation data during the diagnosis target period by a function including at least a power generation output, an intake air temperature, and an intake pressure as inputs. Base load data that is operation data in the load factor range in which the calculated load factor appearance ratio is the highest among a plurality of load factor ranges divided by the above-described method is extracted, and the operation data in the certain range is extracted. A method for diagnosing performance of a gas turbine, characterized in that:
We = f_We(Tci, Pci)
として同定し、
同定した関数f_Weを使って、前記診断対象期間の運転データの吸気温度Tciと吸気圧力Pciに応じた発電出力の値Wecalcを計算し、この計算値Wecalcに対する実測値Weactの比
A = Weact/Wecalc
を負荷率として計算し、あるいは、さらに前記Aについての診断対象期間中の各時点での値を、該時点を含む或る期間の移動平均値Amavで除した値
B = A/Amav
を負荷率として計算し、
負荷率についての前記Aの値、あるいは、さらに前記Bを計算している場合は該Bの値が、所定の範囲内にあるデータを抽出する方法であることを特徴とするガスタービンの性能診断方法。 2. The method of extracting the base load data according to claim 1, wherein the relationship between the power generation output, the intake air temperature, and the intake air pressure is determined based on the operation data at a plurality of points in time during the diagnosis target period based on the intake air temperature Tci and the intake air pressure Pci. Function We = f_We (Tci, Pci) that outputs power generation output We
Identified as
Using the identified function f_We, a power generation output value We calc corresponding to the intake air temperature Tci and the intake pressure Pci of the operation data in the diagnosis target period is calculated, and the ratio A = of the actually measured value We act to the calculated value We calc We act / We calc
Or a value obtained by dividing the value of each A at each time point in the diagnosis target period by the moving average value A mav for a certain period including the time point B = A / A mav
As the load factor,
Gas turbine performance diagnosis characterized by a method of extracting data in which the value of A with respect to the load factor, or further, if the value of B is calculated, is within a predetermined range Method.
特性モデルの関数関係に基づいて、前記性能指標を予め定めた吸気温度と吸気圧力における値である基準化データに換算する基準化モデルを、少なくとも前記性能指標と吸気温度と吸気圧力を含む変数を入力として、前記基準化データを出力する関数としてモデル化し、
前記基準化モデルを使って、前記診断対象期間中の或る範囲の運転データに含まれる前記性能指標の値を基準化データに換算して出力し、出力された該基準化データの時系列的な減少または増加によって性能の劣化または回復を判定するガスタービンの性能診断方法であって、
前記診断対象期間中の或る範囲の運転データとは、該ガスタービンの運用上の最大負荷率における吸気温度Tciと、排気温度またはタービンの中間段のガス温度または制御用の燃焼温度管理指標の上限値Ttoとの関係を示す特性モデル
Tto = f_Tex (Tci)
の関数関係を用いて、診断対象期間中の複数時点の運転データである元データについて、吸気温度Tciのデータを入力して排気温度の値Ttocalcを計算し、排気温度の計算値Ttocalcとその実測値Ttoactの偏差
ΔTto = Ttoact − Ttocalc
が所定の範囲内にあるデータを抽出したものであることを特徴とするガスタービンの性能診断方法。 Based on a range of operating data during the gas turbine diagnostic period, at least one of the performance indicators of the gas turbine is characteristically modeled as a function that includes at least the intake air temperature and the intake air pressure as inputs.
Based on the functional relationship of the characteristic model, a standardized model that converts the performance index into standardized data that is a value at a predetermined intake air temperature and intake air pressure, and a variable that includes at least the performance index, the intake air temperature, and the intake air pressure. Model as a function that outputs the normalized data as input,
Using the standardized model, the value of the performance index included in a certain range of operation data during the diagnosis target period is converted into standardized data and output, and the standardized data output is time-sequentially A method for diagnosing performance of a gas turbine that determines deterioration or recovery of performance by a significant decrease or increase,
The range of operation data during the diagnosis target period includes an intake air temperature Tci at the maximum load factor in operation of the gas turbine, an exhaust gas temperature, a gas temperature at an intermediate stage of the turbine, or a combustion temperature management index for control. A characteristic model Tto = f_Tex (Tci) indicating the relationship with the upper limit value Tto
Using the function relationship, the original data which is operation data of a plurality time points during the diagnosis period, and inputs data of the intake air temperature Tci calculates the value Tto calc exhaust temperature, and calculated value Tto calc the exhaust temperature its measured value Tto act deviation ΔTto = Tto act - Tto calc
Is a data turbine performance diagnostic method characterized in that the data is extracted from data within a predetermined range.
Y = f_opr(xi) + f_dgr(t)
該特性モデル式における運転条件補正関数f_opr(xi)と、基準値経時低下関数f_dgr(t)を、前記或る範囲の運転データに基づいて同定する方法であることを特徴とするガスタービンの性能診断方法。 2. The method of claim 1, wherein the characteristic modeling method uses a performance index Y from a predetermined standard operating condition value x i0 of at least one operating condition x i (i = 1, 2,..., N). An operation condition correction function f_opr (x i ) that corrects the influence of deviation and a reference value temporal decrease function f_dgr (t) that represents a decrease over time according to the cumulative operation time or equivalent operation time t of the performance value at the standard condition value The sum is expressed by the following characteristic model formula,
Y = f_opr (x i ) + f_dgr (t)
An operation condition correction function f_opr (x i ) and a reference value temporal decrease function f_dgr (t) in the characteristic model formula are identified based on the certain range of operation data. Performance diagnostic method.
前記性能指標の値Yを、同定された前記運転条件補正関数f_opr(xi)を使った次式
Y0 = Y − f_opr(xi)
の計算によって標準条件での値に換算して出力する方法であることを特徴とするガスタービンの性能診断方法。 6. The standardized model for converting the performance index into standardized data that is a value at a predetermined intake air temperature and intake air pressure based on the functional relationship of the characteristic model, at least the performance index and the intake air temperature A method of modeling as a function that outputs a variable including the intake pressure and outputs the normalized data,
The value Y of the performance index is expressed by the following equation using the identified operating condition correction function f_opr (x i ): Y 0 = Y−f_opr (x i )
A method for diagnosing performance of a gas turbine, characterized in that the value is converted into a value under standard conditions by calculation and output.
Y = a1×(Tci−Tci0) + a2×(Pci−Pci0) + α×t + Y00
(ここで、Tci0は予め定めた所定の標準吸気条件における吸気温度、Pci0は予め定めた所定の標準吸気条件における吸気圧力、tは診断対象期間中の累積稼働時間あるいは等価運転時間、a1,a2は性能特性を表すモデル定数、αは劣化を表す定数係数、Y00は標準吸気温度・圧力における対象診断期間初期の性能値である)
該特性モデル式における定数a1,a2,α、Y00の値を、前記或る範囲の運転データに基づいて決定する方法であることを特徴とするガスタービンの性能診断方法。 In claim 1, the characteristic modeling method represents the relationship between the performance index Y, the intake air temperature Tci, and the intake air pressure Pci by the following characteristic model equation:
Y = a 1 × (Tci- Tci 0) + a 2 × (Pci-Pci 0) + α × t + Y 00
(Here, Tci 0 is the intake air temperature under a predetermined standard intake condition, Pci 0 is the intake pressure under a predetermined standard intake condition, t is the accumulated operating time or equivalent operation time during the diagnosis target period, a 1 and a 2 are model constants representing performance characteristics, α is a constant coefficient representing degradation, and Y 00 is a performance value at the beginning of the target diagnosis period at standard intake air temperature and pressure)
A method for diagnosing performance of a gas turbine, characterized in that the values of constants a 1 , a 2 , α, and Y 00 in the characteristic model formula are determined based on the certain range of operation data.
前記性能指標の値Yを、前記決定したモデル定数a1,a2を使った次式
Y0 = Y − a1×(Tci−Tci0) − a2×(Pci−Pci0)
の計算によって標準の吸気温度Tci0、吸気圧力Pci0における値Y0に変換して、出力する方法であることを特徴とするガスタービンの性能診断方法。 8. The standardization model for converting the performance index into standardized data that is a value at a predetermined intake air temperature and intake air pressure based on the functional relationship of the characteristic model, at least the performance index and the intake air temperature. A method of modeling as a function that outputs a variable including the intake pressure and outputs the normalized data,
The value Y of the performance index is expressed by the following equation using the determined model constants a 1 and a 2 : Y 0 = Y−a 1 × (Tci−Tci 0 ) −a 2 × (Pci−Pci 0 )
A method for diagnosing performance of a gas turbine, characterized in that it is converted into a value Y 0 at a standard intake air temperature Tci 0 and intake air pressure Pci 0 by the calculation of
Y = f_opr(xi) + f_dgr(t)
該特性モデル式における運転条件補正関数f_opr(xi)と、基準値経時低下関数f_dgr(t)を、前記或る範囲の運転データに基づいて同定する方法であり、
前記特性モデルの関数関係に基づいて、前記性能指標を予め定めた吸気温度と吸気圧力における値である基準化データに換算する基準化モデルを、少なくとも前記性能指標と吸気温度と吸気圧力を含む変数を入力として、前記基準化データを出力する関数としてモデル化する方法が、前記性能指標の値Yを、同定された前記運転条件補正関数f_opr(xi)を使った次式
Y0 = Y − f_opr(xi)
の計算によって標準条件での値に換算して出力する方法であることを特徴とするガスタービンの性能診断方法。 5. The characteristic modeling method according to claim 4, wherein the performance index Y is obtained from a predetermined standard operating condition value x i0 of at least one operating condition x i (i = 1, 2,..., N). An operation condition correction function f_opr (x i ) that corrects the influence of deviation and a reference value temporal decrease function f_dgr (t) that represents a decrease over time according to the cumulative operation time or equivalent operation time t of the performance value at the standard condition value The sum is expressed by the following characteristic model formula,
Y = f_opr (x i ) + f_dgr (t)
An operation condition correction function f_opr (x i ) and a reference value temporal decrease function f_dgr (t) in the characteristic model formula are identified based on the certain range of operation data.
Based on the functional relationship of the characteristic model, a standardized model that converts the performance index into standardized data that is a value at a predetermined intake air temperature and intake pressure is a variable that includes at least the performance index, the intake air temperature, and the intake air pressure. as input, a method of modeling as a function that outputs the reference data is, the value Y of the performance index, the operating conditions were identified correction function f_opr (x i) with the following equation Y 0 = Y - f_opr (x i )
A method for diagnosing performance of a gas turbine, characterized in that the value is converted into a value under standard conditions by calculation and output.
Y = a1×(Tci−Tci0) + a2×(Pci−Pci0) + α×t + Y00
(ここで、Tci0は予め定めた所定の標準吸気条件における吸気温度、Pci0は予め定めた所定の標準吸気条件における吸気圧力、tは診断対象期間中の累積稼働時間あるいは等価運転時間、a1,a2は性能特性を表すモデル定数、αは劣化を表す定数係数、Y00は前記標準吸気温度・圧力における対象診断期間初期の性能値である)
該特性モデル式における定数a1,a2,α、Y00の値を、前記或る範囲の運転データに基づいて決定する方法であり、
前記特性モデルの関数関係に基づいて、前記性能指標を予め定めた吸気温度と吸気圧力における値である基準化データに換算する基準化モデルを、少なくとも前記性能指標と吸気温度と吸気圧力を含む変数を入力として、前記基準化データを出力する関数としてモデル化する方法が、前記性能指標の値Yを、決定したモデル定数a1,a2を使った次式
Y0 = Y − a1×(Tci−Tci0) − a2×(Pci−Pci0)
の計算によって標準の吸気温度Tci0、吸気圧力Pci0における値Y0に変換して、出力する方法であることを特徴とするガスタービンの性能診断方法。 5. The characteristic modeling method according to claim 4, wherein the relationship between the performance index Y, the intake air temperature Tci, and the intake air pressure Pci is expressed by the following characteristic model equation:
Y = a 1 × (Tci- Tci 0) + a 2 × (Pci-Pci 0) + α × t + Y 00
(Here, Tci 0 is the intake air temperature under a predetermined standard intake condition, Pci 0 is the intake pressure under a predetermined standard intake condition, t is the accumulated operating time or equivalent operation time during the diagnosis target period, a 1 and a 2 are model constants representing performance characteristics, α is a constant coefficient representing deterioration, and Y 00 is a performance value at the beginning of the target diagnosis period at the standard intake air temperature and pressure)
A method of determining values of constants a 1 , a 2 , α, and Y 00 in the characteristic model formula based on the certain range of operation data;
Based on the functional relationship of the characteristic model, a standardized model that converts the performance index into standardized data that is a value at a predetermined intake air temperature and intake pressure is a variable that includes at least the performance index, the intake air temperature, and the intake air pressure. Is used as a function for outputting the normalized data, and the value Y of the performance index is expressed by the following equation using the determined model constants a 1 and a 2 : Y 0 = Y−a 1 × ( Tci-Tci 0) - a 2 × (Pci-Pci 0)
A method for diagnosing performance of a gas turbine, characterized in that it is converted into a value Y 0 at a standard intake air temperature Tci 0 and intake air pressure Pci 0 by the calculation of
前記性能指標を、少なくとも該性能指標と吸気温度と吸気圧力を含む変数を入力として、予め定めた吸気温度と吸気圧力における値である基準化データに換算する基準化手段と、
前記診断対象期間中の或る範囲の運転データに含まれる前記性能指標の値を前記基準化手段に入力して出力された、基準化データの時系列的な減少または増加によって性能の劣化または回復を判定する診断手段を備えた性能診断システムであって、
前記特性モデル化手段と前記診断手段に入力される、前記或る範囲の運転データを生成するための手段として、前記診断対象期間中の複数時点の運転データから、少なくとも発電出力と吸気温度と吸気圧力を入力に含む関数によって負荷率を計算し、予め定めた方法で分割された複数の負荷率範囲のうち、計算された負荷率の出現割合が最も多い負荷率範囲にある運転データであるベースロードデータを抽出するベースロード運転データ抽出手段を備えたことを特徴とするガスタービンの性能診断システム。 Characteristic modeling means for modeling a range of operation data during a diagnosis period of the gas turbine as an input and modeling at least one of the performance indicators of the gas turbine as a function including at least an intake air temperature and an intake pressure as inputs.
Standardization means for converting the performance index into standardized data that is a value at a predetermined intake temperature and intake pressure, with at least a variable including the performance index, intake air temperature, and intake pressure as inputs;
Degradation or recovery of performance due to time-series decrease or increase in the standardized data output by inputting the value of the performance index included in a certain range of operation data during the diagnosis target period to the standardizing means A performance diagnostic system comprising a diagnostic means for determining
As means for generating the certain range of operation data input to the characteristic modeling means and the diagnosis means, at least power generation output, intake air temperature, and intake air from operation data at a plurality of time points during the diagnosis target period. A load factor is calculated by a function including pressure as an input, and is a base that is operation data in a load factor range in which the calculated load factor appears most frequently among a plurality of load factor ranges divided by a predetermined method. A gas turbine performance diagnosis system comprising base load operation data extraction means for extracting load data.
We = f_We(Tci, Pci)
として同定する手段と、
同定した関数f_Weを使って、前記診断対象期間の運転データの吸気温度Tciと吸気圧力Pciに応じた発電出力の値Wecalcを計算し、この計算値Wecalcに対する実測値Weactの比
A = Weact/Wecalc
を負荷率として計算する手段と、
あるいは、さらに前記Aについての、診断対象期間中の各時点での値を、該時点を含む或る期間の移動平均値Amavで除した値
B = A/Amav
を負荷率として計算する手段と、
負荷率についての前記Aの値、あるいは、さらに前記Bを計算している場合は該Bの値が、所定の範囲内にあるデータを抽出する手段とを含むことを特徴とするガスタービンの性能診断システム。 12. The base load operation data extraction means according to claim 11, wherein the relationship between the power generation output, the intake air temperature, and the intake air pressure is determined based on the original data that is operation data at a plurality of time points during the diagnosis target period. Function We = f_We (Tci, Pci) that includes pressure Pci as input and outputs power generation output We
Means to identify as,
Using the identified function f_We, a power generation output value We calc corresponding to the intake air temperature Tci and the intake pressure Pci of the operation data in the diagnosis target period is calculated, and the ratio A = of the actually measured value We act to the calculated value We calc We act / We calc
As a load factor,
Alternatively, a value obtained by dividing the value of each A at each time point in the diagnosis target period by the moving average value A mov of a certain period including the time point B = A / A mov
As a load factor,
Means for extracting data in which the value of A for the load factor, or further, if the B is calculated, the B value is within a predetermined range. Diagnostic system.
前記性能指標を、少なくとも該性能指標と吸気温度と吸気圧力を含む変数を入力として、予め定めた吸気温度と吸気圧力における値である基準化データに換算する基準化手段と、
前記診断対象期間中の或る範囲の運転データに含まれる前記性能指標の値を前記基準化手段に入力して出力された、基準化データの時系列的な減少または増加によって性能の劣化または回復を判定する診断手段を備えた性能診断システムであって、
前記特性モデル化手段と前記診断手段に入力される、前記或る範囲の運転データを生成するための手段として、該ガスタービンの運用上の最大負荷率における吸気温度Tciと排気温度Ttoの関係を示す特性モデル
Tto = f_Tex (Tci)
の関数関係を用いて、診断対象期間中の複数時点の運転データである元データに対して、吸気温度Tciのデータを入力して排気温度の値Ttocalcを計算し、排気温度の計算値Ttocalcとその実測値Ttoactの偏差
ΔTto = Ttoact − Ttocalc
が所定の範囲内にあるデータを抽出する手段を備えたことを特徴とするガスタービンの性能診断システム。 Characteristic modeling means for modeling a range of operation data during a diagnosis period of the gas turbine as an input and modeling at least one of the performance indicators of the gas turbine as a function including at least an intake air temperature and an intake pressure as inputs.
Standardization means for converting the performance index into standardized data that is a value at a predetermined intake temperature and intake pressure, with at least a variable including the performance index, intake air temperature, and intake pressure as inputs;
Degradation or recovery of performance due to time-series decrease or increase in the standardized data output by inputting the value of the performance index included in a certain range of operation data during the diagnosis target period to the standardizing means A performance diagnostic system comprising a diagnostic means for determining
As a means for generating the certain range of operation data input to the characteristic modeling means and the diagnosis means, the relationship between the intake air temperature Tci and the exhaust gas temperature Tto at the maximum load factor in operation of the gas turbine is shown. Characteristic model Tto = f_Tex (Tci)
Using the functional relationship, the original data which is operation data of a plurality of time points during the diagnosis period, and inputs data of the intake air temperature Tci calculates the value Tto calc exhaust gas temperature, calculated values of the exhaust temperature Tto calc and its measured value Tto act deviation ΔTto = Tto act - Tto calc
A system for diagnosing performance of a gas turbine, comprising means for extracting data within a predetermined range.
Y = f_opr(xi) + f_dgr(t)
前記基準化手段とは、前記性能指標の値Yを、同定された前記運転条件補正関数f_opr(xi)を使った次式
Y0 = Y − f_opr(xi)
の計算によって標準条件での値に換算する手段であることを特徴とするガスタービンの性能診断システム。 12. The characteristic modeling unit according to claim 11, wherein the performance modeling means determines the performance index Y from a predetermined standard operating condition value x i0 of at least one operating condition x i (i = 1, 2,..., N). An operation condition correction function f_opr (x i ) that corrects the influence of deviation, and a reference value temporal decrease function f_dgr (t) that represents a decrease over time according to the accumulated operating time t or equivalent operating time t of the performance value at the standard condition value The operation condition correction function f_opr (x i ) and the reference value temporal decrease function f_dgr (t) in the following characteristic model expression expressed as the sum of
Y = f_opr (x i ) + f_dgr (t)
The standardization means refers to the following expression Y 0 = Y−f_opr (x i ) using the identified operation condition correction function f_opr (x i ) as the value Y of the performance index.
A system for diagnosing performance of a gas turbine, characterized in that it is a means for converting to a value under standard conditions by calculating
Y = a1×(Tci−Tci0) + a2×(Pci−Pci0) + α×t + Y00
(ここで、Tci0、Pci0は、予め定めた所定の標準吸気条件における吸気温度、吸気圧力の値、tは診断対象期間中の累積稼働時間あるいは等価運転時間、a1,a2は性能特性を表すモデル定数、αは劣化を表す定数係数、Y00は前期標準吸気温度・圧力における対象診断期間初期の性能値である)
前記基準化手段とは、決定したモデル定数a1,a2を使った次式
Y0 = Y − a1×(Tci−Tci0) − a2×(Pci−Pci0)
によって、前記性能指標の値Yを、標準の吸気温度Tci0、吸気圧力Pci0における値Y0に換算する手段であることを特徴とするガスタービンの性能診断システム。 12. The characteristic modeling means according to claim 11, wherein the characteristic modeling means calculates values of constants a 1 , a 2 , α, and Y 00 of the following characteristic model expression indicating the relationship between the performance index Y, the intake air temperature Tci, and the intake pressure Pci. Means for determining based on a range of operating data;
Y = a 1 × (Tci- Tci 0) + a 2 × (Pci-Pci 0) + α × t + Y 00
(Here, Tci 0, Pci 0 is the intake air temperature at a predetermined standard air condition a predetermined value of the intake pressure, t is the cumulative operation time or the equivalent operating time during diagnosis period, a1, a 2 Performance characteristics Model constant representing α, α is a constant coefficient representing degradation, and Y 00 is a performance value at the beginning of the target diagnosis period at the standard intake air temperature and pressure in the previous period)
The standardization means is the following equation using the determined model constants a 1 and a 2 : Y 0 = Y−a 1 × (Tci−Tci 0 ) −a 2 × (Pci−Pci 0 )
The system for diagnosing performance of a gas turbine, characterized in that the value Y of the performance index is converted into a value Y 0 at a standard intake air temperature Tci 0 and intake air pressure Pci 0 .
Y = f_opr(xi) + f_dgr(t)
における、該運転条件補正関数f_opr(xi)と基準値経時低下関数f_dgr(t)を、前記或る範囲の運転データに基づいて同定する手段であり、
前記基準化手段とは、前記性能指標の値Yを、同定された前記運転条件補正関数f_opr(xi)を使った次式
Y0 = Y − f_opr(xi)
の計算によって標準条件での値に換算する手段であることを特徴とするガスタービンの性能診断システム。 14. The characteristic modeling means according to claim 13, wherein the performance index Y is obtained from a predetermined standard operating condition value x i0 of at least one operating condition x i (i = 1, 2,..., N). An operation condition correction function f_opr (x i ) that corrects the influence of deviation, and a reference value temporal decrease function f_dgr (t) that represents a decrease over time according to the accumulated operating time t or equivalent operating time t of the performance value at the standard condition value The following characteristic model expression expressed as the sum of Y = f_opr (x i ) + f_dgr (t)
In which the operating condition correction function f_opr (x i ) and the reference value temporal decrease function f_dgr (t) are identified based on the certain range of operating data,
The standardization means refers to the following expression Y 0 = Y−f_opr (x i ) using the identified operation condition correction function f_opr (x i ) as the value Y of the performance index.
A system for diagnosing performance of a gas turbine, characterized in that it is a means for converting to a value under standard conditions by calculating
Y = a1×(Tci−Tci0) + a2×(Pci−Pci0) + α×t + Y00
(ここで、Tci0、Pci0は、予め定めた所定の標準吸気条件における吸気温度、吸気圧力の値、tは診断対象期間中の累積稼働時間あるいは等価運転時間、a1,a2は性能特性を表すモデル定数、αは劣化を表す定数係数、Y00は前期標準吸気温度・圧力における対象診断期間初期の性能値である)
前記基準化手段とは、決定したモデル定数a1,a2を使った次式
Y0 = Y − a1×(Tci−Tci0) − a2×(Pci−Pci0)
によって、前記性能指標の値Yを、標準の吸気温度Tci0、吸気圧力Pci0における値Y0に換算する手段であることを特徴とするガスタービンの性能診断システム。 14. The characteristic modeling means according to claim 13, wherein the characteristic modeling means calculates the values of constants a 1 , a 2 , α, and Y 00 of the following characteristic model expression indicating the relationship between the performance index Y, the intake air temperature Tci, and the intake pressure Pci. Means for determining based on a range of operating data;
Y = a 1 × (Tci- Tci 0) + a 2 × (Pci-Pci 0) + α × t + Y 00
(Here, Tci 0, Pci 0 is the intake air temperature at a predetermined standard air condition a predetermined value of the intake pressure, t is the cumulative operation time or the equivalent operating time during diagnosis period, a1, a 2 Performance characteristics Model constant representing α, α is a constant coefficient representing degradation, and Y 00 is a performance value at the beginning of the target diagnosis period at the standard intake air temperature and pressure in the previous period)
The standardization means is the following equation using the determined model constants a 1 and a 2 : Y 0 = Y−a 1 × (Tci−Tci 0 ) −a 2 × (Pci−Pci 0 )
The system for diagnosing performance of a gas turbine, characterized in that the value Y of the performance index is converted into a value Y 0 at a standard intake air temperature Tci 0 and intake air pressure Pci 0 .
特性モデルに前記或る範囲の運転データを入力して、運転条件に応じたガスタービンの性能を予測し、この性能の予測結果と実測値の偏差を計算して、偏差の時系列的な推移から劣化を判定するガスタービンの性能診断方法であって、
前記診断対象期間中の或る範囲の運転データとして、前記診断対象期間中の複数時点の運転データから、少なくとも発電出力と吸気温度と吸気圧力を入力に含む関数によって負荷率を計算し、予め定めた基準で分割された複数の負荷率範囲のうち、計算された負荷率の出現割合が最も多い負荷率範囲にある運転データであるベースロードデータを抽出し、これを前記或る範囲の運転データとすることを特徴とするガスタービンの性能診断方法。 Based on a range of operating data during the gas turbine diagnostic period, at least one of the performance indicators of the gas turbine is characteristically modeled as a function that includes at least the intake air temperature and the intake air pressure as inputs.
Input the operation data in the certain range to the characteristic model, predict the performance of the gas turbine according to the operating conditions, calculate the deviation between the predicted result of this performance and the actual measurement value, and change the deviation over time A gas turbine performance diagnostic method for judging deterioration from
As a certain range of operation data during the diagnosis target period, a load factor is calculated from a plurality of time operation data during the diagnosis target period by a function including at least a power generation output, an intake air temperature, and an intake pressure as inputs. Base load data that is operation data in the load factor range where the appearance ratio of the calculated load factor is the highest among a plurality of load factor ranges divided by the reference is extracted, and this is extracted as the operation data in the certain range. A method for diagnosing performance of a gas turbine, characterized in that:
特性モデルに前記或る範囲の運転データを入力して、運転条件に応じたガスタービンの性能を予測し、この性能の予測結果と実測値の偏差を計算して、偏差の時系列的な推移から劣化を判定する診断手段を備えたガスタービンの性能診断システムであって、
前記特性モデル化手段と前記診断手段に入力される、前記或る範囲の運転データを生成するための手段として、前記診断対象期間中の複数時点の運転データから、少なくとも発電出力と吸気温度と吸気圧力を入力に含む関数によって負荷率を計算し、予め定めた基準で分割された複数の負荷率範囲のうち、計算された負荷率の出現割合が最も多い負荷率範囲にある運転データであるベースロードデータを抽出するベースロード運転データ抽出手段を備えたことを特徴とするガスタービンの性能診断システム。 Characteristic modeling means for modeling a range of operation data during a diagnosis period of the gas turbine as an input and modeling at least one of the performance indicators of the gas turbine as a function including at least an intake air temperature and an intake pressure as inputs.
Input the operation data in the certain range to the characteristic model, predict the performance of the gas turbine according to the operating conditions, calculate the deviation between the predicted result of this performance and the actual measurement value, and change the deviation over time A gas turbine performance diagnostic system comprising a diagnostic means for determining deterioration from
As means for generating the certain range of operation data input to the characteristic modeling means and the diagnosis means, at least power generation output, intake air temperature, and intake air from operation data at a plurality of time points during the diagnosis target period. A load factor is calculated by a function that includes pressure as an input, and is a base that is operation data in a load factor range in which the calculated load factor appears most frequently among a plurality of load factor ranges divided according to a predetermined standard. A gas turbine performance diagnosis system comprising base load operation data extraction means for extracting load data.
特性モデルに前記或る範囲の運転データを入力して、運転条件に応じたガスタービンの性能を予測し、この性能の予測結果と実測値の偏差を計算して、偏差の時系列的な推移から劣化を判定するガスタービンの性能診断方法であって、
前記診断対象期間中の或る範囲の運転データとは、該ガスタービンの運用上の最大負荷率における吸気温度Tciと、排気温度またはタービンの中間段のガス温度または制御用の燃焼温度管理指標の上限値Ttoとの関係を示す特性モデル
Tto = f_Tex (Tci)
の関数関係を用いて、診断対象期間中の複数時点の運転データである元データについて、吸気温度Tciのデータを入力して排気温度の値Ttocalcを計算し、排気温度の計算値Ttocalcとその実測値Ttoactの偏差
ΔTto = Ttoact − Ttocalc
が所定の範囲内にあるデータを抽出したものであることを特徴とするガスタービンの性能診断方法。 Based on a range of operating data during the gas turbine diagnostic period, at least one of the performance indicators of the gas turbine is characteristically modeled as a function that includes at least the intake air temperature and the intake air pressure as inputs.
Input the operation data in the certain range to the characteristic model, predict the performance of the gas turbine according to the operating conditions, calculate the deviation between the predicted result of this performance and the actual measurement value, and change the deviation over time A gas turbine performance diagnostic method for judging deterioration from
The range of operation data during the diagnosis target period includes an intake air temperature Tci at the maximum load factor in operation of the gas turbine, an exhaust gas temperature, a gas temperature at an intermediate stage of the turbine, or a combustion temperature management index for control. A characteristic model Tto = f_Tex (Tci) indicating the relationship with the upper limit value Tto
Using the function relationship, the original data which is operation data of a plurality time points during the diagnosis period, and inputs data of the intake air temperature Tci calculates the value Tto calc exhaust temperature, and calculated value Tto calc the exhaust temperature its measured value Tto act deviation ΔTto = Tto act - Tto calc
Is a data turbine performance diagnostic method characterized in that the data is extracted from data within a predetermined range.
特性モデルに前記或る範囲の運転データを入力して、運転条件に応じたガスタービンの性能を予測し、この性能の予測結果と実測値の偏差を計算して、偏差の時系列的な推移から劣化を判定する診断手段を備えたガスタービンの性能診断システムであって、
前記特性モデル化手段と前記診断手段に入力される、前記或る範囲の運転データを生成するための手段として、ガスタービンの運用上の最大負荷率における吸気温度Tciと、排気温度またはタービンの中間段のガス温度または制御用の燃焼温度管理指標の上限値Ttoとの関係を示す特性モデル
Tto = f_Tex (Tci)
の関数関係を用いて、診断対象期間中の複数時点の運転データである元データについて、吸気温度Tciのデータを入力して排気温度の値Ttocalcを計算し、排気温度の計算値Ttocalcとその実測値Ttoactの偏差
ΔTto = Ttoact − Ttocalc
が所定の範囲内にあるデータを抽出する手段を備えたことを特徴とするガスタービンの性能診断システム。 Characteristic modeling means for modeling a range of operation data during a diagnosis period of the gas turbine as an input and modeling at least one of the performance indicators of the gas turbine as a function including at least an intake air temperature and an intake pressure as inputs.
Input the operation data in the certain range to the characteristic model, predict the performance of the gas turbine according to the operating conditions, calculate the deviation between the predicted result of this performance and the actual measurement value, and change the deviation over time A gas turbine performance diagnostic system comprising a diagnostic means for determining deterioration from
As means for generating the certain range of operation data input to the characteristic modeling means and the diagnosis means, the intake air temperature Tci at the maximum load factor in operation of the gas turbine, the exhaust gas temperature, or the intermediate of the turbine Characteristic model Tto = f_Tex (Tci) indicating the relationship with the gas temperature of the stage or the upper limit value Tto of the combustion temperature management index for control
Using the function relationship, the original data which is operation data of a plurality time points during the diagnosis period, and inputs data of the intake air temperature Tci calculates the value Tto calc exhaust temperature, and calculated value Tto calc the exhaust temperature its measured value Tto act deviation ΔTto = Tto act - Tto calc
A system for diagnosing performance of a gas turbine, comprising means for extracting data within a predetermined range.
前記性能指標についての、診断対象期間中の複数時点の運転データである元データの時系列変化を表示する元グラフと、
クリックまたは画面上の選択によって、前記ベースロード運転データ抽出手段で前記元データからベースロード運転データの抽出が開始される、ボタン又は表示メニューなどのオブジェクトと、
前記ベースロード運転データ抽出手段で抽出されたベースロード運転データである抽出データの時系列変化を表示する抽出グラフと、
あるいは、前記元グラフと前記抽出グラフの代わりに、前記元データと前記抽出データを区別できるようにプロットの記号や色を変えて1つのグラフに重ねて表示した該グラフと、あるいは、さらに前記基準化手段から出力された基準化データの時系列変化を表示するグラフを備えたことを特徴とする表示画面。 A display screen provided in the gas turbine performance diagnosis system according to claim 11,
For the performance index, an original graph that displays a time series change of original data that is operation data at a plurality of time points during a diagnosis target period;
An object such as a button or a display menu that starts extraction of base load operation data from the original data by the base load operation data extraction means by clicking or selection on the screen;
An extraction graph that displays a time-series change of the extracted data that is the base load operation data extracted by the base load operation data extraction means;
Alternatively, in place of the original graph and the extracted graph, the original data and the extracted data can be distinguished from each other by changing the symbol or color of the plot so that the graph is superimposed on one graph, or the reference A display screen comprising a graph for displaying a time series change of the standardized data output from the conversion means.
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