Modeling and control improvements for a gas-turbine system

Abstract

Bu tez çalışması, Taurus 60 tipi gaz türbininin mevcut kontrol sistemindeki iki ana dezavantajını irdelemektedir. Birinci problem, kontrol deneylerinin uygulanması için bir simulasyon ortamının veya modelin olmamasıdır. İkinci problem ise, mevcut kontrol sisteminin türbin çalışma esnasındaki bazı gelişmelere karşı reaksiyonlarındaki yetersizliğidir. Birinci problem, bir gaz türbini modelinin ortaya çıkarılabilmesi için analiz çalışmaları ele alınmıştır. Başlama durumundaki doğrusal olmayan davranışlar modellenmiştir. Amaç, bölümsel doğrusal modellemedir. Hız ve sıcaklık temel transfer fonksiyonları kabul edilir bir hassasiyetle türetilmiştir. İkinci problem ise, yük atma ve yanmanın yok olması problemleri çözümlerinin yetersizlikleridir. Bunlar gaz türbinlerine özgü problemlerdir. Farklı yöntemler bu problemin çözümü için önerilmektedir. Bir yöntem, bir alt limit denetleyicisinin similasyonu olarak tanımlanmıştır; bununla beraber, diğer yöntem tablolama metodunu temel alarak uygulanmıştır. Uygulanan çözümle yük atma probleminde mevcut denetleme sistemindeki yüzde 70'lik performansı yüzde 80'e varan bir iyileştirme elde edilmiştir. Bu araştırmada elde edilen sonuçlar memnuniyet vericidir. Tezin amacına hemen hemen ulaşılmıştır, ancak; deney ortamlarına bağlı bazı sorunlar tez sonuçlarında küçük sapmalara neden olmuştur. Herşeye rağmen, bu tez çalışması tam bir gaz türbini modelinin ortaya çıkarılmasında bir adımdır.

This thesis tries to handle two main drawbacks in the present control system of Taurus 60 gas turbine. The first problem is the lack of a model or a simulation platform to perform control experiments, whereas the second problem is the deficiency of the present control system to react against certain conditions in the turbine operation. The first problem is handled by introducing the start of analysis in order to obtain a full model of the gas turbine. The nonlinear behavior during the start phase is modeled. The aim is to provide a piecewise linear model. The basic transfer functions of speed and temperature are derived with reasonable certainty. The second problem is the deficiency of the solution of load rejection and flameout problems. They are problems specific to gas turbines. Different solutions are proposed to solve this problem. One solution that introduces an under-limit controller is simulated, whereas another solution based on scheduling is implemented. The implemented solution shows an improvement of increase from 70 per cent to 80 per cent of system performance for load rejection. Results obtained in this research are promising. The aim of the thesis was almost totally achieved, but some problems related to experimental conditions added some imperfections to the results of the thesis. Nevertheless, this thesis is a step in obtaining a complete model of gas turbine.