一种联合循环机组多工况经济运行智能控制方法及系统与流程

本发明涉及能源动力与智能控制，具体涉及一种联合循环机组多工况经济运行智能控制方法及系统。

背景技术：

1、联合循环机组是一种通过燃气轮机循环与蒸汽轮机循环耦合实现能量梯级利用的高效动力装备，其主要包括燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机及辅助控制系统等组成部分。该类机组运行过程中涉及燃烧放热、烟气余热回收、汽水相变以及多级膨胀做功等复杂能量转换过程，各子系统之间存在强耦合关系，使机组整体运行状态具有非线性、多变量和动态变化的特点。

2、现有联合循环机组控制方式通常基于预设控制曲线和经验参数，通过调节燃料流量、空气流量、蒸汽参数以及负荷分配等方式实现机组运行控制。然而，实际运行过程中，机组受到环境温度、燃料特性、设备性能衰减以及电网负荷变化等因素影响，其热力性能参数会不断变化，固定控制策略难以长期保持最佳运行状态。从机组热力过程底层机理分析，联合循环机组经济运行状态受到燃气轮机压气机性能、燃烧室热负荷分布、透平膨胀效率、余热锅炉换热特性以及汽轮机蒸汽流量匹配关系等多因素共同影响。其中，部分关键运行状态参数难以直接测量，使传统模型优化方法存在参数辨识误差；同时，多工况运行条件下需要建立大量状态映射关系，导致控制模型计算复杂度增加，难以满足实时优化需求。此外，现有智能控制方法通常依赖历史运行数据进行模型训练，但联合循环机组运行数据存在工况分布不均衡的问题，对于低频工况和动态变化过程的适应能力不足。同时，机组经济运行需要综合考虑燃料消耗、运行效率以及设备安全约束等多目标因素，传统控制方法难以实现多目标协同优化。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种联合循环机组多工况经济运行智能控制方法及系统，解决现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种联合循环机组多工况经济运行智能控制方法，包括：

3、采集联合循环机组运行过程中的燃气轮机参数、余热锅炉参数、蒸汽轮机参数及环境参数，构建多源运行状态数据集；

4、根据联合循环机组中燃烧放热过程、烟气余热传递过程及蒸汽膨胀做功过程之间的能量耦合关系，对多源运行状态数据集进行特征解析，获得反映机组热力耦合状态的运行特征量；

5、基于运行特征量对联合循环机组当前运行状态进行多工况识别，确定对应的目标运行工况；

6、根据目标运行工况，结合燃料消耗、能量转换效率及运行安全约束，计算获得对应工况下的经济运行控制参数；

7、根据经济运行控制参数调节燃料供给、空气流量以及蒸汽流量，使联合循环机组运行状态向目标经济运行状态迁移；

8、根据调节后的运行反馈数据更新多工况识别过程，实现联合循环机组在不同运行工况下的自适应经济运行控制。

9、优选的，所述采集联合循环机组运行过程中的燃气轮机参数、余热锅炉参数、蒸汽轮机参数及环境参数，构建多源运行状态数据集，包括：

10、获取燃气轮机运行过程中的燃料供给参数、压气机运行参数以及排气温度参数；

11、获取余热锅炉运行过程中的烟气温度参数、蒸汽生成参数以及换热状态参数；

12、获取蒸汽轮机运行过程中的蒸汽流量参数、压力参数以及负荷参数；

13、获取环境参数中的环境温度参数和环境压力参数；

14、将所述燃气轮机参数、余热锅炉参数、蒸汽轮机参数及环境参数进行时间同步处理，形成所述多源运行状态数据集。

15、优选的，所述根据联合循环机组中燃烧放热过程、烟气余热传递过程及蒸汽膨胀做功过程之间的能量耦合关系，对多源运行状态数据集进行特征解析，获得反映机组热力耦合状态的运行特征量，包括：

16、根据燃气轮机参数中的燃料供给参数和排气温度参数，解析燃烧放热过程对应的能量变化特征；

17、根据余热锅炉参数中的烟气温度参数和蒸汽生成参数，解析烟气余热传递过程对应的热量转换特征；

18、根据蒸汽轮机参数中的蒸汽流量参数、压力参数以及负荷参数，解析蒸汽膨胀做功过程对应的能量利用特征；

19、融合所述能量变化特征、热量转换特征以及能量利用特征，获得所述运行特征量。

20、优选的，所述基于运行特征量对联合循环机组当前运行状态进行多工况识别，确定对应的目标运行工况，包括:

21、根据所述运行特征量建立不同运行状态对应的工况特征集合；

22、将当前联合循环机组运行状态对应的运行特征量与所述工况特征集合进行匹配；

23、根据匹配结果确定当前联合循环机组对应的目标运行工况。

24、优选的，所述根据目标运行工况，结合燃料消耗、能量转换效率及运行安全约束，计算获得对应工况下的经济运行控制参数，包括:

25、根据目标运行工况获取对应的燃料消耗状态、能量转换效率状态以及运行安全状态；

26、基于所述燃料消耗状态、能量转换效率状态以及运行安全状态，对燃料供给、空气流量以及蒸汽流量进行参数优化；

27、根据参数优化结果获得所述经济运行控制参数。

28、优选的，所述根据经济运行控制参数调节燃料供给、空气流量以及蒸汽流量，使联合循环机组运行状态向目标经济运行状态迁移，包括：

29、根据所述经济运行控制参数生成燃料供给调节指令、空气流量调节指令以及蒸汽流量调节指令；

30、根据所述燃料供给调节指令调整燃气轮机燃料输入状态；

31、根据所述空气流量调节指令调整燃烧过程中的空气输入状态；

32、根据所述蒸汽流量调节指令调整蒸汽轮机输入蒸汽状态，使联合循环机组运行状态向目标经济运行状态迁移。

33、优选的，所述根据调节后的运行反馈数据更新多工况识别过程，包括：

34、获取调节燃料供给、空气流量以及蒸汽流量后的运行反馈数据；

35、将所述运行反馈数据与调节前对应目标运行工况的运行特征量进行对比；

36、根据对比结果更新对应目标运行工况的工况特征集合，以提高多工况识别过程对联合循环机组运行状态变化的适应能力。

37、优选的，所述根据运行反馈数据更新多工况识别过程，还包括：

38、根据不同目标运行工况对应的运行反馈数据，获取不同目标运行工况之间的状态变化关系；

39、根据所述状态变化关系调整目标运行工况之间的识别边界；

40、基于调整后的识别边界更新多工况识别过程。

41、优选的，所述基于调整后的识别边界更新多工况识别过程，包括：

42、根据更新后的识别边界重新匹配当前联合循环机组运行状态对应的运行特征量；

43、当当前运行特征量对应的目标运行工况发生变化时，根据变化后的目标运行工况重新计算经济运行控制参数；

44、根据重新计算后的经济运行控制参数调节联合循环机组运行状态，实现不同运行工况之间的自适应切换控制。

45、一种联合循环机组多工况经济运行智能控制系统，用于实现所述的联合循环机组多工况经济运行智能控制方法的步骤，所述系统包括：

46、多源运行状态数据采集模块，用于采集联合循环机组运行过程中的燃气轮机参数、余热锅炉参数、蒸汽轮机参数及环境参数，构建多源运行状态数据集；

47、热力耦合特征解析模块，用于根据联合循环机组中燃烧放热过程、烟气余热传递过程及蒸汽膨胀做功过程之间的能量耦合关系，对所述多源运行状态数据集进行特征解析，获得反映机组热力耦合状态的运行特征量；

48、多工况识别模块，用于基于所述运行特征量对联合循环机组当前运行状态进行多工况识别，确定对应的目标运行工况；

49、经济运行参数优化模块，用于根据所述目标运行工况，结合燃料消耗、能量转换效率及运行安全约束，计算获得对应工况下的经济运行控制参数；

50、运行调节控制模块，用于根据所述经济运行控制参数调节燃料供给、空气流量以及蒸汽流量，使联合循环机组运行状态向目标经济运行状态迁移；

51、反馈更新模块，用于根据调节后的运行反馈数据更新所述多工况识别模块中的识别过程，实现联合循环机组在不同运行工况下的自适应经济运行控制。

52、由上述技术方案可知，本发明具有如下有益效果：

53、该联合循环机组多工况经济运行智能控制方法及系统，通过采集联合循环机组运行过程中的燃气轮机参数、余热锅炉参数、蒸汽轮机参数及环境参数，构建多源运行状态数据集，并结合燃烧放热过程、烟气余热传递过程及蒸汽膨胀做功过程之间的能量耦合关系进行特征解析，获得能够表征机组热力耦合状态的运行特征量，从而提高了对联合循环机组复杂运行状态的表征能力，降低了因关键状态参数难以直接获取导致的运行状态识别偏差；通过基于运行特征量进行多工况识别，能够根据机组实时运行状态确定对应目标工况，避免传统固定控制曲线难以适应环境变化、设备性能衰减及负荷波动的问题；进一步结合燃料消耗、能量转换效率及运行安全约束计算经济运行控制参数，并通过调节燃料供给、空气流量及蒸汽流量使机组运行状态向目标经济运行状态迁移，实现了多目标约束下的运行参数优化；同时，通过利用调节后的运行反馈数据更新多工况识别过程，使控制策略能够适应机组长期运行过程中的状态变化，提高了联合循环机组在多工况条件下的经济性、稳定性及智能化控制水平。