一种燃气轮机燃料切换控制方法及系统与流程

本发明涉及燃气轮机控制，具体地涉及一种燃气轮机燃料切换控制方法及系统。

背景技术：

1、燃气轮机是将燃料化学能转化为机械能的核心动力装备，广泛应用于发电、工业驱动等领域。随着能源结构的多元化发展，燃气轮机需具备适配多种燃料的运行能力，燃料切换过程的控制品质直接决定机组的运行安全性、经济性与环保排放水平，是燃气轮机控制技术的重要研究方向。

2、现有燃气轮机的燃料切换控制普遍采用固定的切换参数与控制逻辑，难以根据运行工况的变化进行自适应调整，切换过程中易出现燃烧不稳定、氮氧化物排放超标等问题；针对多燃料通道的协同控制缺乏系统性的解决方案，不同燃烧模式间的过渡平稳性不足；同时缺乏燃烧状态的实时反馈调节机制与完善的异常工况应对策略，机组运行的可靠性与工况适配能力有待提升。

技术实现思路

1、本发明提供一种燃气轮机燃料切换控制方法及系统，用以解决现有技术中燃气轮机燃料切换采用固定切换点与切换速率、无法根据环境温度和机组负荷自适应调整，多燃料通道缺乏系统性协调控制，易导致切换过程燃烧不稳定、nox排放超标，且缺少燃烧状态实时反馈调节与完善的异常工况安全策略、机组运行可靠性不足的问题。

2、为了实现上述目的，本发明实施例一方面提供一种燃气轮机燃料切换控制方法，包括以下步骤：运行参数获取步骤：获取燃气轮机运行过程中的环境温度参数和燃机负荷参数；燃料切换点确定步骤：根据所述环境温度参数和燃机负荷参数确定对应运行工况下的燃料切换点；启动升速控制步骤：在燃气轮机启动升速阶段，控制燃气轮机采用值班燃料进行扩散燃烧，以建立稳定燃烧状态；燃料切换控制步骤：当燃机负荷达到所述燃料切换点时，进入燃料切换阶段，对值班燃料控制通道和主燃料控制通道进行协同调节，逐步降低值班燃料供给比例并增加主燃料供给比例，使燃气轮机由值班燃料燃烧模式切换至主燃料燃烧模式；燃料比例调节步骤：在燃料切换完成后，根据所述环境温度参数和燃机负荷参数确定值班燃料目标比例和二次燃料目标比例，并根据所述值班燃料目标比例和二次燃料目标比例调节值班燃料和二次燃料供给，以维持燃气轮机稳定燃烧。

3、可选的，所述燃料切换点通过预先建立的环境温度参数、燃机负荷参数与燃料切换点之间的对应关系确定；所述对应关系通过在多个环境温度条件以及多个燃机负荷条件下进行燃烧试验获得，并根据燃烧稳定状态以及燃料切换过程中的运行响应确定不同运行工况对应的燃料切换点。

4、可选的，所述值班燃料目标比例和二次燃料目标比例通过预先建立的燃料比例对应关系确定；所述燃料比例对应关系包括不同环境温度条件下对应不同燃机负荷的值班燃料比例数据以及二次燃料比例数据；所述预先建立的燃料比例对应关系采用双层插值架构构建，具体包括：提取预设的多个离散环境温度下对应的实际负荷与燃料占比的对应关系；针对某一固定实际负荷点，基于不同环境温度下的燃料占比值，生成该负荷点下的温度-占比插值函数；实时获取当前环境温度，通过所述温度-占比插值函数计算得到当前工况下的值班燃料目标比例与二次燃料目标比例。

5、可选的，燃气轮机根据总燃料需求信号生成总燃料控制信号，并将所述总燃料控制信号分配至值班燃料控制通道、主燃料控制通道以及二次燃料控制通道；在燃料切换过程中，通过协调调节三个燃料控制通道的燃料供给量，使燃气轮机总燃料供给量与当前运行负荷相匹配；所述协调调节三个燃料控制通道的燃料供给量满足以下联动规则：值班燃料供给量、主燃料供给量与二次燃料供给量之和实时等于总燃料控制信号；在调整值班燃料或二次燃料的供给比例偏置时，主燃料供给比例同步发生反向变化。。

6、可选的，所述燃料切换过程包括升负荷燃料切换过程和降负荷燃料切换过程；在降负荷燃料切换过程中，根据所述燃料切换点设置负荷滞回控制，使降负荷燃料切换过程对应的燃料切换点区别于升负荷燃料切换过程对应的燃料切换点，以避免燃气轮机在燃料切换点附近重复切换。

7、可选的，在根据所述值班燃料目标比例和二次燃料目标比例调节值班燃料和二次燃料供给过程中，获取燃烧室动态压力信号以及燃烧筒振动加速度信号，并根据所述动态压力信号和振动加速度信号判断燃烧稳定状态；当检测到燃烧不稳定时，调整所述值班燃料目标比例和/或二次燃料目标比例，以改变主燃料供给比例，使燃烧状态恢复稳定。

8、可选的，所述判断燃烧稳定状态包括：对所述动态压力信号和振动加速度信号进行频率分析；根据不同频率范围内的信号变化特征识别主燃料的燃烧状态，并根据所述燃烧状态调整燃料供给比例。

9、可选的，所述识别主燃料燃烧状态包括：根据低频范围信号和高频范围信号的幅值变化趋势判断主燃料燃烧状态变化趋势；当检测到主燃料燃烧状态偏离稳定燃烧区域时，通过调整值班燃料供给比例和/或二次燃料供给比例改变燃烧状态。

10、可选的，还包括异常工况控制步骤：实时获取燃气轮机运行状态；当检测到燃气轮机发生甩负荷状态时，退出二次燃料供给，并调整燃料供给状态至值班燃料稳定燃烧模式；当检测到燃气轮机发生跳机状态时，在执行燃料遮断控制的同时退出二次燃料供给，并恢复值班燃料供给。

11、另一方面，还提供一种燃气轮机燃料切换控制系统，用于实现上述的燃气轮机燃料切换控制方法，包括：运行参数获取模块，用于获取燃气轮机运行过程中的环境温度参数和燃机负荷参数；燃料切换点确定模块，与所述运行参数获取模块连接，用于根据环境温度参数和燃机负荷参数确定燃料切换点；燃料切换控制模块，与所述燃料切换点确定模块连接，用于在燃机负荷达到所述燃料切换点时控制值班燃料和主燃料之间进行切换；燃料比例调节模块，与所述燃料切换控制模块连接，用于根据环境温度参数和燃机负荷参数确定值班燃料目标比例以及二次燃料目标比例，并调节值班燃料和二次燃料供给比例，以维持燃气轮机稳定燃烧。

12、本发明所提供的一种燃气轮机燃料切换控制方法及系统，能够根据环境温度与机组负荷自适应调整燃料切换时机与各燃料通道的分配比例，实现不同燃烧模式间的平稳过渡，有效抑制切换过程中的燃烧波动并降低氮氧化物排放；通过多燃料通道的协同管控维持合理的燃烧空燃比，避免机组在切换工况附近频繁往复切换，结合燃烧状态的在线反馈调节与异常工况快速安全切换机制，全面提升燃气轮机运行的稳定性、环保性能与工况适配能力。

1.一种燃气轮机燃料切换控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的燃气轮机燃料切换控制方法，其特征在于，所述燃料切换点通过预先建立的环境温度参数、燃机负荷参数与燃料切换点之间的对应关系确定；所述对应关系通过在多个环境温度条件以及多个燃机负荷条件下进行燃烧试验获得，并根据燃烧稳定状态以及燃料切换过程中的运行响应确定不同运行工况对应的燃料切换点。

3.根据权利要求1所述的燃气轮机燃料切换控制方法，其特征在于，所述值班燃料目标比例和二次燃料目标比例通过预先建立的燃料比例对应关系确定；所述燃料比例对应关系包括不同环境温度条件下对应不同燃机负荷的值班燃料比例数据以及二次燃料比例数据；所述预先建立的燃料比例对应关系采用双层插值架构构建，具体包括：提取预设的多个离散环境温度下对应的实际负荷与燃料占比的对应关系；针对某一固定实际负荷点，基于不同环境温度下的燃料占比值，生成该负荷点下的温度-占比插值函数；实时获取当前环境温度，通过所述温度-占比插值函数计算得到当前工况下的值班燃料目标比例与二次燃料目标比例。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机燃料切换控制方法，其特征在于，燃气轮机根据总燃料需求信号生成总燃料控制信号，并将所述总燃料控制信号分配至值班燃料控制通道、主燃料控制通道以及二次燃料控制通道；在燃料切换过程中，通过协调调节三个燃料控制通道的燃料供给量，使燃气轮机总燃料供给量与当前运行负荷相匹配；所述协调调节三个燃料控制通道的燃料供给量满足以下联动规则：值班燃料供给量、主燃料供给量与二次燃料供给量之和实时等于总燃料控制信号；在调整值班燃料或二次燃料的供给比例偏置时，主燃料供给比例同步发生反向变化。

5.根据权利要求1所述的燃气轮机燃料切换控制方法，其特征在于，所述燃料切换过程包括升负荷燃料切换过程和降负荷燃料切换过程；在降负荷燃料切换过程中，根据所述燃料切换点设置负荷滞回控制，使降负荷燃料切换过程对应的燃料切换点区别于升负荷燃料切换过程对应的燃料切换点，以避免燃气轮机在燃料切换点附近重复切换。

6.根据权利要求1所述的燃气轮机燃料切换控制方法，其特征在于，在根据所述值班燃料目标比例和二次燃料目标比例调节值班燃料和二次燃料供给过程中，获取燃烧室动态压力信号以及燃烧筒振动加速度信号，并根据所述动态压力信号和振动加速度信号判断燃烧稳定状态；当检测到燃烧不稳定时，调整所述值班燃料目标比例和/或二次燃料目标比例，以改变主燃料供给比例，使燃烧状态恢复稳定。

7.根据权利要求6所述的燃气轮机燃料切换控制方法，其特征在于，所述判断燃烧稳定状态包括：对所述动态压力信号和振动加速度信号进行频率分析；根据不同频率范围内的信号变化特征识别主燃料的燃烧状态，并根据所述燃烧状态调整燃料供给比例。

8.根据权利要求7所述的燃气轮机燃料切换控制方法，其特征在于，所述识别主燃料燃烧状态包括：根据低频范围信号和高频范围信号的幅值变化趋势判断主燃料燃烧状态变化趋势；当检测到主燃料燃烧状态偏离稳定燃烧区域时，通过调整值班燃料供给比例和/或二次燃料供给比例改变燃烧状态。

9.根据权利要求1所述的燃气轮机燃料切换控制方法，其特征在于，还包括异常工况控制步骤：

10.一种燃气轮机燃料切换控制系统，用于实现权利要求1-9任一项所述的燃气轮机燃料切换控制方法，其特征在于，包括：