通过改变多个燃气涡轮的分流负载来对气体循环发电厂操作进行建模和控制的制作方法

通过改变多个燃气涡轮的分流负载来对气体循环发电厂操作进行建模和控制


背景技术：

1.本公开整体涉及发电厂的建模和控制。更具体地讲，本公开的实施方案提供通过对发电厂内的多个燃气涡轮的变体分流负载进行建模和分析来对发电厂进行建模和控制的操作方法。
2.发电厂通常包括用于生成电力输出的各种不同涡轮机和/或系统。用于发电的两种常规电力系统包括燃气涡轮系统和联合循环发电厂，联合循环发电厂通常包括燃气涡轮系统。常规的联合循环发电厂采用可操作地耦接到一个或多个蒸汽涡轮系统的一个或多个燃气涡轮系统。燃气涡轮系统包括耦接到燃气涡轮的压缩机。燃气涡轮通常耦接到并驱动外部部件，诸如发电机，用于产生负载或电力输出。蒸汽涡轮系统包括高压(hp)涡轮部分，该hp涡轮部分可操作地耦接到中压(ip)涡轮部分，该ip涡轮部分继而耦接到低压(lp)涡轮。类似于燃气涡轮系统的燃气涡轮，hp涡轮、ip涡轮和lp涡轮用于驱动外部部件(例如，发电机)。在典型的联合循环发电厂中，来自燃气涡轮的废气被传送到热回收蒸汽发生器(hrsg)，该热回收蒸汽发生器可用于产生蒸汽以供给蒸汽涡轮系统的各种涡轮并再热蒸汽，以提高系统和/或发电厂的效率。在hrsg下游，废气通过烟囱释放到大气中。
3.另选能源(诸如各种形式的可再生能源)的可用性增加也增大了操作联合循环发电厂的复杂性。对联合循环发电厂的发电需求的波动通常需要系统在不同负载条件之间偏移，从而随时间推移改变所产生的电力的量。发电厂在不同负载量下的操作可影响发电厂的若干属性，包括各种部件的内部温度和/或燃料消耗。在一些情况下，在变化负载下的长时间操作可不利地影响一些部件的效率或使用寿命。


技术实现要素：

4.本公开的第一方面提供了一种用于操作联合循环发电厂(ccpp)的方法，该方法包括：生成用于在一定环境条件和一定负载条件下操作ccpp的发电厂模型；确定ccpp的发电厂模型中的至少两个燃气涡轮是否在该环境条件和该负载条件下生成电力输出；使用ccpp在该环境条件和该负载条件下的发电厂模型，针对至少两个燃气涡轮之间的基线分流比对ccpp的燃料消耗进行建模；创建至少两个燃气涡轮之间的变体分流比；使用发电厂模型确定变体分流比是否满足ccpp的质量阈值，该质量阈值包括燃料消耗方面的至少最低减少；响应于变体分流比不满足质量阈值而重新计算变体分流比；以及响应于变体分流比满足质量阈值而调整ccpp以使用变体分流比。
5.本公开的第二方面提供了一种存储在计算机可读存储介质上的用于操作联合循环发电厂(ccpp)的程序产品，该计算机可读存储介质包括使计算机系统执行动作的程序代码，这些动作包括：生成用于在一定环境条件和一定负载条件下操作ccpp的发电厂模型；确定ccpp的发电厂模型中的至少两个燃气涡轮是否在该环境条件和该负载条件下生成电力输出；使用ccpp在该环境条件和该负载条件下的发电厂模型，针对至少两个燃气涡轮之间的基线分流比对ccpp的燃料消耗进行建模；创建至少两个燃气涡轮之间的变体分流比；使
用发电厂模型确定变体分流比是否满足ccpp的质量阈值，该质量阈值包括燃料消耗方面的至少最低减少；响应于变体分流比不满足质量阈值而重新计算变体分流比；以及响应于变体分流比满足质量阈值而调整ccpp以使用变体分流比。
6.本公开的第三方面提供了一种系统，该系统包括：具有燃气涡轮和热回收蒸汽发生器(hrsg)的联合循环发电厂(ccpp)；以及与ccpp的燃气涡轮和hrsg通信的系统控制器，该系统控制器可操作以执行以下操作：在一定环境条件和一定负载条件下操作ccpp；生成用于在该环境条件和该负载条件下操作的ccpp的发电厂模型；使用基线分流比和ccpp在该环境条件和该负载条件下的发电厂模型对燃料消耗进行建模；创建ccpp的变体分流比；使用发电厂模型确定变体分流比是否满足ccpp的质量阈值，该质量阈值包括燃料消耗方面的至少最低减少；响应于变体分流比不满足质量阈值而修改变体分流比；以及响应于变体分流比满足质量阈值而调整ccpp以使用变体分流比。
7.本公开的示例性方面被设计成解决本文描述的问题和/或未讨论的其他问题。
附图说明
8.从结合描绘本公开的各种实施方案的附图的对本公开的各个方面的以下详细描述，将更容易理解本公开的这些和其他特征，其中：
9.图1是根据本公开的各种实施方案的具有联合循环发电厂(ccpp)的系统的示意图。
10.图2是根据本公开的各种实施方案的系统和具有多个燃气涡轮的ccpp的展开示意图。
11.图3示出了根据本公开的实施方案的可操作以控制具有多个燃气涡轮的ccpp的示例性计算机环境。
12.图4提供了根据本公开的实施方案的用于操作ccpp的方法的例示性流程图。
13.图5提供了根据本公开的实施方案的ccpp电力输出对ccpp中负载的例示性曲线。
14.图6提供了根据本公开的实施方案的入口放热(ibh)变化对ccpp中负载的例示性曲线。
15.图7提供了根据本公开的实施方案的耗热率变化百分比对ccpp中变体分流比的负载的例示性曲线。
16.图8提供了根据本公开的实施方案的入口放热(ibh)变化对多个环境条件的ccpp中负载的例示性曲线。
17.图9提供了根据本公开的实施方案的ccpp中多个环境条件的总耗热率的例示性曲线。
18.图10提供了根据本公开的实施方案的多个环境条件的ccpp效率的例示性曲线。
19.应当注意，本公开的附图未按比例绘制。附图旨在仅描绘本公开的典型方面，并且因此不应当被视为限制本公开的范围。在附图中，类似的编号表示附图之间的类似的元件。
具体实施方式
20.首先，为了清楚地描述当前技术，当引用和描述本公开的各种系统、部件和其他实施方案内的相关机器部件时，将有必要选择某些术语。在可能范围内，通用行业术语将以与
术语的接受含义一致的方式来使用和采用。除非另有说明，否则应当对此类术语给出与本技术的上下文和所附权利要求书的范围一致的广义解释。本领域的普通技术人员将了解，通常可以使用若干不同或重叠术语来引用特定部件。在本文中可描述为单个零件的物体可以包括多个部件并且在另一个上下文中被引用为由多个部件组成。另选地，本文中可描述为包括多个部件的物体可在别处称为单个零件。
21.此外，在本文中可以有规律地使用若干描述性术语，如下所述。术语“第一”、“第二”和“第三”可以可互换地使用，以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示单独部件的位置或重要性。
22.本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的并且不旨在限制本公开。如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确地指出。将进一步理解，当在说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定存在陈述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括事件发生的实例和事件不发生的实例。
23.在元件或层被称为“在
…
上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一个元件或层的情况下，它可直接在另一个元件或层上、接合到、连接到或联接到另一个元件或层，或者可存在居间元件或层。相比之下，当元件被称为“直接处于另一个元件或层上”、“直接接合到另一个元件或层”、“直接连接到另一个元件或层”或“直接联接到另一个元件或层”时，可不存在居间元件或层。用于描述元件之间关系的其他词语应以类似的方式解释(例如，“在
…
之间”与“直接在
…
之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。
24.本公开的实施方案提供了方法、程序产品和系统，用于通过主动重新分配来自联合循环发电厂(ccpp)的多个燃气涡轮的电力输出来控制ccpp的各种属性。本公开的实施方案可包括例如基于ccpp生成用于在一定环境条件和一定负载条件下操作的发电厂模型。此类模型的生成可包括基于ccpp的当前操作数据和/或历史操作数据来验证模型的准确性。该方法可包括确定ccpp的发电厂模型中的至少两个燃气涡轮是否将在该环境条件和该负载条件下生成电力输出。该方法还可包括使用该模型来对ccpp在该环境条件和该负载条件下操作时的燃料消耗进行建模，以及创建变体分流比来修改由两个或更多个燃气涡轮生成的相对电力量。该方法可包括确定变体分流比是否满足ccpp的一个或多个质量阈值，以及在满足这些要求的情况下调整ccpp以使用变体分流比。ccpp的调整可影响ccpp的其他变量，例如入口放热(ibh)流、耗热率、一个或多个燃气涡轮的预期剩余寿命和/或影响ccpp的电力输出和操作特性的其他变量。
25.图1示出了根据本公开的各种实施方案的系统10的示意图。如图所示，系统10可包括联合循环发电厂12(在下文中称为“ccpp 12”)，该联合循环发电厂包括蒸汽涡轮(st)系统18，该st系统在图示中可包括高压(hp)部分24、中压(ip)部分20和低压(lp)部分22，如本领域中已知的那样。st系统18的hp部分24、ip部分20和lp部分22可耦接和/或定位在轴26上和/或可被构造成旋转轴以产生机械功和/或驱动st系统18的另外部件。如图1所示，st系统18的轴26可耦接到和/或可驱动外部部件，并且更具体地讲，外部部件是被构造成发电和/或产生负载的发电机28。
26.ccpp 12可还包括至少一个燃气涡轮(gt)系统30。虽然ccpp 12可包括两个、五个、十个、一百个或更多个gt系统30，但图1中仅示出了一个gt系统，这仅仅是为了举例说明。gt系统30可包括压缩机32。随着进入流体流34(例如，空气)流过压缩机32，压缩机32压缩该进入流体流。压缩机32可包括定位在压缩机32内的多级定子静叶(未示出)和旋转叶片(未示出)。定位在压缩机32内的定子静叶和旋转叶片可被构造成有助于使流体34移动和/或传送通过压缩机32。压缩机32可包括一组入口导向静叶(igv)36。igv 36是一种专门被构造成将进入工作流体流引导到压缩机32的旋转叶片上的静叶。igv 36能够在若干位置之间调整以影响进入压缩机32的流体的流速、入射角和/或其他特性。igv 36因此能够影响压缩机32的温度、来自gt系统30的电力输出和/或其他特性。压缩机32将压缩流体流38(例如，压缩空气)输送到燃烧器40。燃烧器40将压缩流体流38与由燃料源44提供的加压燃料流42混合，并且点燃混合物以产生燃烧气体流46。燃烧气体流46继而被输送到涡轮部件48，该涡轮部件通常包括多级定子静叶(未示出)和涡轮叶片(未示出)，类似于压缩机32。燃烧气体流46驱动涡轮部件48产生机械功。涡轮部件48中产生的机械功经由轴50驱动压缩机32，并且可用于驱动发电机52(例如，外部部件)，该发电机被构造成发电和/或产生负载。
27.虽然ccpp 12在图1中示出为包括其中使用了两个单独的发电机28、52的双轴构型，但是应当理解，在其他非限制性示例中，st系统18和gt系统30可共享单个轴，并且继而可共享单个发电机。另外，虽然ccpp 12示出为仅包括单个st系统18和单个gt系统30，但是应当理解，ccpp 12可包括多个st系统18和/或gt系统30，其可被构造成产生操作负载和/或电力输出。
28.ccpp 12可还包括与st系统18(例如，与hp部分24和/或ip部分20和/或lp部分22)和gt系统30流体连接的热回收蒸汽发生器(hrsg)54。如图1的非限制性示例所示，hrsg 54可经由供应导管58与st系统18流体连接和/或耦接，以经由供应导管58将蒸汽提供至st系统18的各个部分。另外，在图1的非限制性示例中，hrsg 54可经由废气通道59与gt系统30流体连接和/或耦接，该废气通道耦接到涡轮部件48和/或与涡轮部件流体连通。废气通道59可将废流体60(例如，气体)从gt系统30提供至hrsg 54，以用于产生和/或加热用于st系统18的蒸汽。hrsg 54的烟囱61可从hrsg 54向大气中和/或从ccpp 12向外排放或释放(过量或用过的)气体(例如，废流体60)和/或流体。
29.ccpp 12可还包括冷凝器62。冷凝器62可与ccpp 12的各种部件流体连通和/或可流体耦接这些部件。在非限制性示例中，冷凝器62可经由蒸汽排放管道64流体连接到和/或耦接到st系统18的lp部分22。冷凝器62可被构造成冷凝来自st系统18和/或hrsg 54的排出流和/或旁路流(例如，将hp 24连接到冷凝器62的管线)，并且向hrsg 54提供经冷凝的流体(例如，冷凝水)，如本领域中已知的那样。
30.如图1所示，系统10可包括被构造成生成(即，创建和验证)发电厂模型和/或直接控制ccpp 12的操作的至少一个计算装置66。计算装置66可经由任何合适的电气通信和/或机械连通部件或技术硬连线和/或无线连接到ccpp 12以及其各种部件(例如，st系统18、gt系统30、hrsg 54等)和/或与之通信。计算装置66以及其本文讨论的各种部件可以是与另一个发电厂控制系统(例如，计算装置)(未示出)分开起作用的单个独立的系统，该发电厂控制系统可以控制和/或调整ccpp 12以及其各种部件(例如，st系统18、gt系统30等)的操作和/或功能。另选地，计算装置66以及其部件可以一体地形成在较大的发电厂控制系统(例
如，计算装置)(未示出)内、与之通信和/或形成为其一部分，该发电厂控制系统可以控制和/或调整ccpp 12以及其各种部件(例如，st系统18、一个或多个gt系统30等)的操作和/或功能。
31.在各种实施方案中，计算装置66可生成(即，创建和/或验证)ccpp 12的发电厂模型68。发电厂模型68可建模或以其他方式模拟ccpp 12操作的许多方面，包括性能、经济变量、环境数据和/或ccpp 12的其他属性。在某些情况下，发电厂模型68可称之为或被称为“数字孪生”或“数字模型”，并且此类术语在各种实施方案中应被理解为发电厂模型68的特定形式。计算装置66可通信地耦接到一个或多个传感器70，如本文所述，以提供用于建模和/或控制ccpp 12的输入数据。如本文所述，计算装置66可生成和/或修改发电厂模型68。计算装置66可依赖于来自发电厂模型68的分析和/或输出，如下所述，以控制ccpp 12和/或其各种部件来影响ccpp 12的操作。例如并且如本文所述，发电厂模型68可模拟ccpp 12(包括st系统18、gt系统30、hrsg 54等的电力输出和/或其他参数)和包括在其中的部件的各种操作特征和/或设置，以控制系统10的操作和/或影响其各种属性。
32.在一些情况下，计算装置66可包括操作控制程序(“操作控制程序”)72，用于与系统12的各个方面进行交互和/或控制系统的各个方面。操作控制程序72可采用适于管理发电厂操作的任何当前已知的或以后开发的控制系统的形式，例如，用于管理ccpp 12的瞬态操作的比例积分微分(pid)控制器。除此之外或另选地，操作控制程序72可包括被配置成在ccpp 12的各种发电模式期间选择性地操作的pid子系统。pid控制器或子系统是指被构造成连续计算误差值作为所需目标值与一个或多个预定变量之间的差值的系统。就pid控制器而言，操作控制程序72可通过以下方式来操作：检测一个或多个变量与对应目标(例如，发电厂模型68中的对应目标)之间的方差，并且应用校正调整，即，用于改变ccpp 12的一个或多个特性诸如相对负载输出、部件温度、阀位置和/或其他可调操作参数的指令。根据一个示例，由操作控制程序72进行的校正调整可修改由计算装置66执行的指令，例如以调整来自所选gt系统30的电力输出(例如，在输出总电力输出的50％至更高或更低值之间切换)。由计算装置66实施的另外操作可包括例如将燃料流控制到90％容量位置的阀调整为将阀调整到70％容量位置以降低gt系统30的点火温度和/或燃烧速率的校正指令。操作控制程序72可因此放大或减轻从ccpp 12的其他算法和/或控制器输出的校正动作，和/或可修改ccpp12以使用发电厂模型68中的设置。无论如何实施，都可使用发电厂模型68内的变量、由传感器70测量的变量和/或计算装置66和/或与其通信的其他装置内的其他信息，基于比例、积分和微分项，由变量和目标来计算由操作控制程序72进行的校正调整。
33.如图1所示，计算装置66可包括传感器70以及定位在整个系统10中的许多其他附加和/或中间部件诸如阀、螺线管、致动器、转换器等(未示出)，并且/或者可与这些部件电气通信和/或机械连通。如图1的非限制性示例所示并且如本文所述，计算装置66的至少一个传感器70和/或连接到计算装置的至少一个传感器可定位在st系统18、gt系统30、hrsg 54和/或系统10的一个或多个子部件内，如本文别处所述。与系统10的计算装置66通信的传感器70可为被构造成在操作期间检测和/或确定与ccpp 12相关的数据、信息和/或操作特征的任何合适的传感器或装置。例如并且如本文所述，定位在ccpp 12的hrsg 54内的传感器70可为被构造成检测和/或确定工作流体(例如，蒸汽、废流体60)的特性的任何合适的传感器。此类特性可包括hrsg 54(包括st系统18和/或gt系统30)的部分和/或部件内的工作
12的一个或多个gt系统30的效率降低。
39.为了改善在变化的环境条件和/或负载条件下的操作，耦接到系统18、30的计算装置66和/或操作控制系统72可依赖于发电厂模型68来调整gt系统30的分流比，从而随着ccpp 12操作而改变每个gt系统30上的发电负担。在适用的情况下，可例如通过以下方式来实现变体分流比：改变提供给gt系统30的燃料量，调整ccpp 12中的一个或多个gt系统30的操作设置，和/或本文所述的用于增大和减小目标gt系统30生成的电力量的其他操作。发电厂模型68的生成和验证继而可基于对涡轮部件48内的点火速率、排气温度和/或耗热率进行监测和建模(基于负载和环境条件)，并且还基于对gt系统30的其他参数进行建模(基于建模的变量)。在各种实施方案中，操作控制系统72可修改另外的操作参数，诸如igv 36位置、经过入口放热(ibh)管线76的流体流量和/或其他操作参数，以进一步提高ccpp12效率和/或使ccpp 12与发电厂模型68的操作保持一致。
40.一起参见图2和图3，示出了用于操作系统10及其子部件的例示性环境150，其中简化了ccpp 12。在图3的图示中，为了图示清晰起见，仅详细示出了第一gt系统30a，而第二gt系统30b和第三gt系统30c以简化形式表示。如图所示，环境150可包括计算装置66，该计算装置可包括存储器152以及在其上操作的ccpp系统154。ccpp系统154可为将发电厂模型68和/或操作控制程序72的特征集成为其子系统的软件系统。在另外的示例中，发电厂模型68和/或操作控制程序72可彼此独立和/或使用不同计算装置66来实现。计算装置66可为如图所示的独立部件，或者可作为发电厂模型68的一部分包括在内，如前所述。如图3所示的环境150表示用于控制ccpp 12的一种类型的构型。如本文所述，计算装置66的发电厂模型68可模拟ccpp 12在一组环境和负载条件下操作时的操作。操作控制程序72可包括用于修改ccpp 12的操作的部件，例如通过提供和实现用发电厂模型68创建的变体分流比。本公开的实施方案可部分地由技术人员、计算装置66和/或技术人员和计算装置66的组合来构造或操作。应当理解，图3所示的各种部件中的一些部件可针对包括在计算装置66中的一个或多个单独计算装置独立地实现、组合和/或存储在存储器中。此外，应当理解，部件和/或功能中的一些部件和/或功能可不被实现，或者另外的方案和/或功能可作为ccpp系统154的一部分包括在内。
41.计算装置66可包括处理器单元(pu)158、输入/输出(i/o)接口160、存储器152以及总线164。此外，计算装置66被示出为与外部i/o装置166和存储系统168通信。ccpp系统154可提供发电厂模型68，该发电厂模型继而可使用各种模块202(例如，计算器、确定器、比较器等)来操作，以实现各种功能和/或逻辑步骤。除此之外或另选地，ccpp系统154可为操作控制程序72提供其自身的一组模块212(例如，计算器、确定器、比较器等)，以实现操作控制程序72的相应功能和/或步骤。各种模块202、212可使用存储在存储器152中的基于算法的计算、查找表和类似工具，用于对数据进行处理、分析和操作以执行其相应功能。一般来讲，pu 158可执行计算机程序代码以运行软件，诸如可存储在存储器152和/或存储系统168中的ccpp系统154。在执行计算机程序代码时，pu 158可向或从存储器152、存储系统168和/或i/o接口160读取和/或写入数据。总线164可在计算装置66中的部件的每个部件之间提供通信链路。i/o装置166可包括使得用户能够与计算装置66交互的任何装置或使得计算装置66能够与本文所述的装备和/或其他计算装置通信的任何装置。i/o装置166(包括但不限于键盘、显示器、指向装置等)可直接或通过中间i/o控制器(未示出)耦接到控制器160。
42.存储器152可还包括与ccpp 12(或更具体地讲是ccpp 12的系统18、30)有关的各种形式的数据220。如本文其他地方所述，发电厂模型68可模拟ccpp 12在特定环境条件和/或负载条件下的操作，而操作控制程序72可调整ccpp 12的排气温度、点火温度、相对负载和/或其他操作参数，以实现从发电厂模型68输出的一个或多个变体分流比。为了实现根据本公开的方法，ccpp系统154可存储细分到各种字段中的数据220并与之交互。例如，环境条件字段222可存储在各种温度、压力和/或与ccpp 12规格无关的其他环境变量下，与ccpp的环境条件有关的数据。数据220可还包括负载条件字段224，该字段用于将在各种输出水平(包括固定输出和非固定输出)下操作的规格数据编目。ccpp 12的一组分流比可存储在分流比字段226中，该分流比字段可包括gt系统30的操作负载的一个或多个分布。记录在分流比字段226中的每个分流比任选地可表示为ccpp 12在不同负载条件和/或环境条件下的分流负载的负载相关计划表。在一些情况下，存储在分流比字段226中的每个参数的值可基于针对非基本负载操作期间的一个或多个参数的得自发电厂模型68的校准数据和/或模拟值。因此，应当理解，数据220可包括可应用于和/或存储在分流比字段226中的若干测量变量和/或计算变量以控制一组gt系统30的相对电力输出。数据220可还包括例如用于编目质量阈值的质量阈值字段228，质量阈值诸如对ccpp 12性能的最小改善(例如，耗热率降低、发电厂效率增加、燃料消耗减少、发电厂容量增加等)、对排放限值的符合性(例如，no
x
排放、co排放等)、对操作稳定性限值的符合性(例如，压缩机可操作性限值、燃烧稳定性限值、燃气涡轮点火温度、燃气涡轮排气温度、系统18、30的涡轮轴扭矩限值、hrsg 54的操作限值、st系统18的操作限值、冷凝器压力限值等)和/或ccpp 12的其他操作质量度量。如本文所指出的，质量阈值字段228可定义ccpp 12必须满足以便从一个分流比切换到另一个分流比的一个或多个参数。
43.计算装置66可包括由用户安装的用于执行计算机程序代码的任何通用计算制品(例如，个人计算机、服务器、手持装置等)。然而，应当理解，计算装置66仅代表可执行本公开的各种过程步骤的各种可能的等效计算装置和/或技术人员。此外，计算装置66可为可操作以建模和/或控制ccpp 12的各个方面和元件的较大系统架构的一部分。
44.就此而言，在其他实施方案中，计算装置66可包括具有用于执行特定功能的硬件和/或计算机程序代码的任何专用计算制品、包括专用和通用硬件/软件的组合的任何计算制品等。在每种情况下，程序代码和硬件可分别使用标准编程和工程技术来创建。在一个实施方案中，计算装置66可包括存储在计算机可读存储装置上的程序产品，该程序产品可操作以在执行时自动控制ccpp 12的元件(例如，系统18、系统30、hrsg 54等)。
45.参见图2至图4，本公开的实施方案提供了例如使用发电厂模型68和操作控制程序72来操作ccpp 12的方法。根据具体示例，图4提供了用于控制所示的示例性构型中的ccpp 12的操作的流程图，但使用图4所示的示例性处理流程的实施方案也可以控制其他构型中的ccpp 12。本文所述的方法的实施方案可例如使用计算装置66的发电厂模型68和操作控制系统72，和/或计算装置66、发电厂模型68或操作控制系统72的各种模块和/或子部件来实现。根据本公开的方法还可依赖于其他部件(诸如通信地耦接到计算装置66和/或发电厂模型68的传感器70)来测量和/或以其他方式确定待用作本文所述过程的基础的各种参数。环境150可操作以对ccpp 12的各种操作参数进行建模和调整，例如通过修改ccpp 12内的多个gt系统30之间的分流比。在另外的实施方案中，发电厂模型68能够操作为修改经由计
算装置66和/或发电厂模型68采取的其他指令和/或动作，例如通过创建修改ccpp 12内目标gt系统30上的相对发电负担的一个或多个变体分流比。图4中示出的例示性流程图具有在示例性流程中组织的若干过程，但应当理解，一个或多个过程可同时和/或顺序地实现和/或以任何另选顺序执行，同时保持本文示例所述的各种技术特征。
46.为了引发根据本公开的方法，过程p1可包括使得ccpp 12在特定负载条件和环境条件下操作。负载条件可指在操作期间来自ccpp 12的电力输出，并且可包括固定负载或非固定负载以适应变化的情况。例如，ccpp 12的负载条件可包括ccpp 12的峰值负载操作、基础负载操作、减小负载操作、可变负载操作和/或延长瞬态操作。用于操作ccpp 12的环境条件可指外部温度、压力和/或影响ccpp 12的操作的其他外部变量。ccpp 12的环境条件可包括例如规格温度操作、升高温度操作、降低温度操作、瞬态温度操作等。各种负载条件、环境条件和/或它们的组合可导致ccpp 12表现出显著不同于其规格水平的操作参数(例如，温度、压力和流速)。根据本公开的另外过程可模拟ccpp 12的操作，并且在一些情况下通过更改ccpp 12内多个gt系统30上的相对发电负担，修改ccpp 12的操作以防止低效操作、超出冷却流体和/或部件的期望使用，和/或避免在规定范围之外操作造成的负面后果。
47.在ccpp 12的操作期间，本公开的实施方案可包括生成ccpp 12的发电厂模型68。如本文所用，术语“生成”可包括一个或多个过程，这些过程用于：模拟ccpp 12在特定负载条件和环境条件下的操作；将现有发电厂模型68改变为“运行时”条件；将现有发电厂模型68校正为“运行时”条件；将现有发电厂模型68调谐为“运行时”条件；将现有发电厂模型68校准为“运行时”条件；以及除此之外或另选地，基于ccpp 12的并行操作数据和/或适用于验证发电厂模型68的准确性的其他形式数据来验证发电厂模型68的准确性。在基于将发电厂模型68与ccpp 12操作进行比较来进行验证的情况下，过程p2可包括基于ccpp 12的一个或多个建模参数是否类似于(即，等于或在预定误差界限内)实际ccpp 12参数来指示发电厂模型68是否有效。除此之外或另选地，此类验证可包括改变发电厂模型68以考虑模型参数与实际ccpp 12参数之间的差异，以及随后在此类调整发生之后验证发电厂模型68是否准确。针对发电厂模型68的术语“生成”和/或“改变”还涵盖诸如“校正或校准或调谐或更新”发电厂模型的动作，因为ccpp发电厂性能例如由于劣化、变化、升级等随时间推移而改变。在此类情况下，诸如“运行时调谐的发电厂模型”的术语可指进一步修正现有模型以得到期望的分流比。过程p2因此可包括例如基于满足或超过预定准确度量(例如，符合ccpp 12的建模参数的百分比，任选地在预定时间间隔内)来确定发电厂模型68是否可接受地准确。一旦验证，发电厂模型68就可表示用于ccpp12的操作参数的基线集。
48.在其操作期间，具有多个gt系统30的ccpp 12的具体实施可以或可以不一次从多于一个gt系统30生成电力。例如，具有三个gt系统30a、30b、30c的ccpp 12可在特定时间跨度期间仅从一个gt系统30输出电力，但可在另一个时间跨度期间从多个gt系统30输出电力。仅当多个gt系统30同时生成电力时，本公开的实施方案才修改gt系统30上的负载分配。在决策d1中，发电厂模型68的模块202可在ccpp 12继续在一组环境条件和负载条件下操作时确定多个gt系统30是否在生成电力。在仅一个gt系统30生成电力的情况下(即，决策d1处为“否”)，该方法可返回到过程p1，以继续在现有负载条件和环境条件下操作ccpp 12，直到条件中的一者或两者改变。在多个gt系统30生成电力的情况下(即，决策d1处为“是”)，该方法可通过评估ccpp 12的gt系统30之间的分流比变化是否将改善ccpp 12的性能而继续。
49.本公开的实施方案可包括使用发电厂模型68对ccpp 12的燃料消耗进行建模。燃料消耗量可相对于操作ccpp 12的特定时间间隔，并且相对于ccpp 12的上述环境条件和/或负载条件。ccpp 12的燃料消耗可表示为例如在建模负载条件和环境条件下在特定时间间隔内和/或由目标gt系统30预期将消耗的燃料总量。除此之外或另选地，在过程p3中建模的燃料消耗可表示为效率百分比、所消耗燃料相对于期望水平的百分比、每个gt系统30消耗的相对燃料量或其他负载条件和/或环境条件。因此，在过程p3中建模的燃料消耗可包括用于对由ccpp 12消耗的燃料量进行建模的任何可想到的度量。
50.继续进行过程p4，本公开的实施方案可包括使用发电厂模型68来创建ccpp 12的变体分流比。可基于发电厂模型68内包括的和/或由发电厂模型建模的各种操作参数，通过任何可想到的建模操作在过程p4中创建变体分流比。变体分流比可包括跨gt系统30a、30b、30c的电力生成的交替相对分配。变体分流比还可包括另选分流比的计划表，每个另选分流比取决于从ccpp 12输出的总负载。无论表达方式为何，变体分流比可影响与其在发电厂模型68中的当前值不同的操作参数和/或操作参数范围。这些参数和其他参数可例如通过修改ccpp 12操作时的负载条件而被间接修改。此类参数可包括入口温度、出口温度、入口导向静叶(igv)俯仰角、入口放热(ibh)量、燃烧速率等中的一者或多者。基于ccpp 12的操作计划表，变体分流比可偏向于支持特定gt系统30和/或分配特征图，例如以支持使用较新gt系统30和/或操作规范与当前环境条件和/或负载条件更密切一致的那些gt系统等。变体分流比中每个gt系统30的相对发电负担可例如通过以下方式确定：随机选择偏向大小和/或方向，和/或为更可能改善ccpp 12的操作的变体分流比应用预定逻辑。此类逻辑可基于发电厂模型68、ccpp 12的实际参数和/或与ccpp 12相关的其他变量或模型。
51.在过程p4中创建的变体分流比可包括当前在ccpp 12中生成电力的每个gt系统30的电力输出增加和/或减少。在一些情况下，ccpp 12的一个或多个质量阈值可通过修改ccpp 12中gt系统30之间的分流比来改善。在此类情况下，变体分流比可降低排气温度/能量，从而引导较少的流体经过调温器74，并且通过减少用于固定负载的燃料消耗来改善ccpp 12的效率。其他情况下，变体分流比可增大ccpp 12的负载路径内的温度。具体地讲，变体分流比可为ccpp 12中的每个gt系统30提出更高或更低电力输出。在一个或多个gt系统30在高于规格的负载下操作的情况下，此类修改可能是期望的。尽管在特定时间可能存在用于改善效率、燃料消耗、系统健康状况等的若干变体分流比，但过程p4可能要求任何变体分流比，以在将发电厂模型应用于ccpp 12的控制之前具有最小预计改善。
52.在过程p4中从发电厂模型68创建变体分流比之后，根据本公开的方法可包括用于基于在过程p4中创建的变体分流比来确定是否修改ccpp 12的操作的若干决策。在决策d2处，操作控制程序72的模块212可评估将变体分流比应用于ccpp 12是否将继续满足ccpp 12的质量阈值(例如，温度、压力、温度、燃料消耗等的最大值)。根据一个示例，质量阈值可表示为ccpp12的燃料消耗是否减少至少阈值量。在这种情况下，燃料消耗的减少可被定义为百分比(例如，在规定时间跨度内燃料消耗减少至少约1％)。在另外的示例中，质量阈值可包括ccpp 12操作的另外阈值改善，例如ccpp 12的最小耗热率降低、最小发电厂效率增加、与排放限值的符合性和/或与操作稳定性限值的符合性。“排放限值”可指ccpp 12的二氧化碳和/或氮氧化物排放水平的最大允许水平。“操作稳定性限值”可指变体分流比缩短预期寿命和/或超过ccpp 12和/或其子部件的规格限值的最大量。如本文所指出的，在决策
d2中评估并存储在质量阈值字段228中的质量阈值可包括各种度量，诸如对ccpp 12性能的最小改善(例如，耗热率降低、发电厂效率增加、燃料消耗减少、发电厂容量增加等)、对排放限值的符合性(例如，no
x
排放、co排放等)、对操作稳定性限值的符合性(例如，压缩机可操作性限值、燃烧稳定性限值、燃气涡轮点火温度、燃气涡轮排气温度、系统18、30的涡轮轴扭矩限值、hrsg 54的操作限值、st系统18的操作限值、冷凝器压力限值等)和/或ccpp 12的其他操作质量度量。
53.在变体分流比不满足质量阈值(即，在决策d2处为“否”)的情况下，该方法可前进至修改变体分流比的过程p5。此类修改可为随机改变，和/或可基于由发电厂模型68内的逻辑管理的可能改变的计划表，和/或可基于实验和/或计算的发电厂模型(例如，“数字孪生”)的结果。在满足质量阈值的情况下(即，在决策d2处为“是”)，该方法可继续进行用于将变体分流比应用于ccpp 12的进一步操作。在一些情况下，根据本公开的方法可仅测试预定数量的变体分流比(例如，五个、十个、五十个或一百个或更多个变体分流比)。在此类示例中，该方法可在决策d2指示所测试的变体分流比都不满足相关质量阈值之后结束(“完成”)。
54.在变体分流比满足质量阈值的情况下，根据本公开的方法可包括其中操作控制系统72调整ccpp 12以使用变体分流比的过程p6。过程p6可涉及操作控制系统72将一个或多个修改应用于gt系统30(例如温度，诸如点火温度、入口温度、排气温度等)，以修改它们的输出，如在变体分流比中定义的那样。在一些情况下，操作控制系统72可基于正受到控制的特定ccpp12单元的一个或多个特性来调整和/或以其他方式修改变化的参数。在任何情况下，随着ccpp 12继续操作，被修改的参数(例如，温度)可基本上实时偏置。在过程p6中调整ccpp 12之后，该方法可结束(“完成”)，并且ccpp 12可继续使用变体分流比进行操作。在另外的示例中，该方法可返回到在特定负载条件和环境条件下操作ccpp 12的过程p1，并且在适用的情况下，在ccpp 12的负载条件或环境条件从其先前状态改变为新状态的情况下重复所有后续过程。
55.在过程p6中调整ccpp 12以使用变体分流比可由于实现变体分流比而影响一个或多个另外的操作。根据一个示例，调整影响经过调温器74的流体流量，以在ccpp 12内获得期望的温度升高或降低。在另一个示例中，调整可影响igv 36的俯仰角，从而改变gt系统30内的入口温度和/或其他流体连接部件的温度。在又一个示例中，调整可影响被引导经过ibh管线76的压缩机废流体的量，从而也修改压缩机32的入口温度和出口温度两者。在又一个示例中，修改可影响来自hrsg 54的蒸汽输出，以进一步修改st系统18和/或gt系统30内的一个或多个温度。
56.参见图3至图5，本公开的实施方案可在操作期间显著修改多个gt系统30的ccpp 12的电力负载曲线，并且因此可提供比常规控制系统更优的ccpp 12的操作控制。如本文所述，ccpp 12在常规设置中的温度
‑
负载特征图(由曲线c1指示)可根据基线分流比在两个gt系统30之间均匀地分配负载。在两个gt系统30的一个系统更适合在中等负载(例如，介于ccpp12的输出容量的约百分之四十和百分之八十之间)下操作的情况下，该基线分流比可能是低效的。在常规操作中，每个gt系统30上的负载可经由第一特征图c1随ccpp 12上的负载线性增大和减小。将变体分流比应用于根据本公开的ccpp 12可导致两个gt系统30中的一个gt系统在ccpp 12输出的范围内生成比另一个系统更多的电力。如图所示，一个gt系统
30a可具有电力负载特征图c2a，在ccpp 12的约百分之四十和百分之八负载范围之间，该电力负载特征图具有比另一个gt系统30b的电力负载特征图c2b更高的电力分配。在相同的变体分流比中，当低于总负载的百分之四十且高于总负载的百分之八十时，gt系统30a可具有比gt系统30b更低的电力输出分配。在例示的示例中，这可能是由于gt系统30b更适合在非常高和非常低的电力输出下操作。因此，根据本公开的方法可提供对来自gt系统30的相对电力输出的稳健控制，以适应多种环境。
57.简单地参见图3、图4和图7，本公开的实施方案还可显著影响ccpp12的其他相关特性。具体地讲，图8示出了与ccpp 12的常规分流比相比，以变体分流比操作ccpp 12的耗热率(δ
hr
)的改善。如图所示，在例如最大ccpp 12负载的约40％或68％的负载下，耗热率(δ
hr
)的改善百分比可大至约0.6％。
58.参见图3、图4、图6和图8，调整ccpp 12以使用变体分流比可显著减少经过每个gt系统30的入口放热(ibh)通路分流的流体量。图6比较了在使用变体分流比时，针对ccpp 12的一个gt系统30的常规分流比和变体分流比，两个燃气涡轮系统30(分别标识为c2a、c2b)的特征图。图8比较了针对ccpp 12以不同温度操作的一组不同环境条件，ibh流的百分比变化。图6描绘了针对曲线c1中的常规分流比和曲线c2中的变体分流比，ibh的减少百分比和负载。如图所示，当实现变体分流比时，ibh的变化将在ccpp 12的较低总输出处开始，并且因此在ccpp 12的可能负载输出的整个范围内提供较低量的ibh使用。现在参见图8，ibh变化有可能在不同环境条件之间有很大变化。在此类情况下，本公开的实施方案可对用于在不同环境条件下操作的各种ibh水平中的每个ibh水平进行比较，并且基于变化的ibh水平和/或其他参数来实现可能的变体分流比中的一个变体分流比。
59.现在参见图3、图4、图9和图10，选择许多可能的环境条件中的一个环境条件可影响ccpp 12在操作期间的其他特性。例如，图9示出了在不同环境条件下操作ccpp 12可显著影响ccpp 12的总耗热率。可能的环境条件的范围可导致ccpp 12的总耗热率在例如ccpp 12的基线耗热率的至少约百分之五的范围内变化。图10类似地示出了在不同环境条件下实现本公开的实施方案可如何显著影响ccpp 12的总燃料效率。取决于应用于ccpp12的基础负载条件、环境条件和变体分流比，根据本公开的方法可根据由ccpp 12产生的总负载将ccpp 12的燃料效率增加至多约0.60％。
60.本公开的优点允许在具有各种能量源的电网中和/或在非基本负载操作设置中敏捷地部署和使用ccpp 12。在本公开的实施方案中，当在不同电力输出量和/或不同操作条件之间切换时，ccpp 12可允许gt系统30的更有效使用以及它们的潜在燃料使用。因此，本公开的实施方案允许ccpp 12在内部补偿能量需求的波动、其他电源的不可用性等，并且对每个gt系统30的健康状况的影响最小。ccpp 12的改善可减少操作期间燃料消耗并提高效率，从而延长各个gt系统30及其组件的寿命。在主动修改每个gt系统30之间的分流比的模式下操作ccpp 12可提供显著的寿命延长和更低的维护要求。另外，可通过修改现有控制逻辑、电路等来实现本公开的实施方案而不显著改变ccpp 12硬件，以适应本文所述的操作方法。
61.如在整个说明书和权利要求书中使用的，近似语言可以用于修改可以允许变化的任何定量表示，而不会导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语(诸如“约”、“大约”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可
以对应于用于测量值的仪器的精度。这里以及整个说明书和权利要求书中，范围限制可以可以组合和/或互换。除非上下文或语言另有说明，否则这些范围被识别并包括其中包含的所有子范围。应用于范围的特定值的“大约”适用于两个终止值，除非另外依赖于测量值的仪器的精度，否则可以指示所述值的 /
‑
10％。
62.以下权利要求书中的所有装置或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括用于结合具体要求保护的其他要求保护的元件执行功能的任何结构、材料或动作。已经出于说明和描述的目的给出了对本公开的描述，但其并不旨在穷举或将本公开限制于所公开的形式。在不脱离本公开的范围和实质的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择和描述了实施方案以便最好地解释本公开的原理和实际应用，并且使得本领域的其他技术人员能够理解具有适合于预期的特定用途的各种修改的本公开的各种实施方案。