一种燃气机组的控制方法和系统与流程

1.本技术涉及电力系统控制领域，特别是涉及一种燃气机组的控制方法和系统。


背景技术：

2.燃气轮机(gas turbine)主要由压气机(compressor)、燃烧室(comburstion)和燃气透平(turbine)组成，其中，在压气机从外界吸入空气，并使其增压和升温，在燃烧室中高压空气与燃料(天然气、煤气等)混合燃烧形成高压高温燃气，在燃气透平中燃气膨胀做功，将燃气的热能转变为透平转子的机械能，从而带动外负荷转子高速旋转。
3.在燃气轮机实际作业的过程中，若压气机的排气压力偏高，则可能导致燃烧温度过高，进而引发机组超温现象。若排气压力长期偏高，压气机处于高频满负荷/高负荷运载状态，对压气机的使用寿命也将造成不利影响。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种燃气机组的控制方法和系统，以至少解决相关技术中燃气机组由于超温导致安全性较低的问题。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种燃气机组的控制方法，所述方法包括：
6.采集燃气机组的历史工况数据，并从中获取多组互相匹配的转速比、igv开度和压比限值，并将其分别表示为转速比函数、igv开度函数和压比限值函数；
7.基于所述转速比函数、所述igv开度函数和所述压比限值函数，通过压比限值仿真模型，得到压比限值三维折线函数；
8.从所述燃气机组的当前工况数据中，获取当前转速比和当前igv开度，并通过所述三维折线函数，基于所述当前转速比和所述当前igv开度，得到与现场工况匹配的当前压比限值；
9.根据当前压比限值确定是否触发机组运行极限保护，以及，以所述当前压比限值为影响参数，分别生成ibh系统和fsr系统的控制指令。
10.在其中一些实施例中，通过压比限值仿真模型，得到压比限值三维折线函数，包括：
11.将所述转速比函数定义为所述压比限值仿真模型的第一输入函数，将所述igv开度函数定义为所述压比限值仿真模型的第二输入函数；
12.将所述压比限值函数定义为所述压比限值仿真模型的输出函数；
13.通过所述压比限值仿真模型，基于多组第一输入函数、多组第二入函数和多组输出函数，通过二元插值法进行三维拟合，得到所述压比限值三维折线函数。
14.在其中一些实施例中，在将所述转速比和所述igv开度，分别转速比函数和igv开度函数的过程中，利用预设修正系数对转速比数据和igv开度数据进行修正。
15.在其中一些实施例中，所述预设修正系数通过如下步骤获取：
16.获取压气机的入口当前温度和入口当前大气压，基于所述入口当前温度、入口当
前大气压和标准大气压，通过预设公式得到所述预设修正系数；
17.其中，所述预设公式如下：
[0018][0019]
cqpc是大气压修正参数，pn是所述入口当前大气压，ps是所述标准大气压，519和460是公式常数，ctim是所述入口当前温度。
[0020]
在其中一些实施例中，根据当前压比限值确定是否触发机组运行极限保护，包括：
[0021]
在所述燃气机组实际运行过程中，获取当前压比限值和当前压比值；
[0022]
判断所述当前压比限值和所述当前压比值的差值是否大于预设偏差阈值，若是，触发机组运行极限保护。
[0023]
在其中一些实施例中，以所述当前压比限值为影响参数，生成ibh系统的控制指令，包括：
[0024]
获取燃气机组的当前压比值，基于所述当前压比值和所述压比限值，得到当前压比偏差；
[0025]
获取当前压比偏差对ibh系统的第一预设影响系数和原始ibh指令，并对所述原始ibh指令进行惯性延时处理；
[0026]
基于所述当前压比偏差、所述第一预设影响系数和经过惯性延时处理之后的原始ibh指令，生成用于控制ibh系统实际输出值的所述ibh控制指令。
[0027]
在其中一些实施例中，以所述当前压比限值为参考量，生成所述燃气机组的fer控制指令，包括：
[0028]
获取压比偏差对fsr系统的第二预设影响系数和原始fsr指令，并对所述原始fsr指令进行惯性延时处理；
[0029]
基于所述当前压比偏差、所述第二预设影响系数和经过惯性延时处理之后的初始fsr指令，生成用于控制fsr系统实际输出值的所述fsr控制指令。
[0030]
第二方面，本技术实施例提供了一种燃气机组的控制系统，所述系统包括：采集模块、仿真模块和控制模块，其中；
[0031]
所述采集模块用于，采集燃气机组的历史工况数据，并从中获取多组互相匹配的转速比、igv开度和压比限值，并将其分别表示为转速比函数、igv开度函数和压比限值函数；
[0032]
所述仿真模块用于，基于所述转速比函数、所述igv开度函数和所述压比限值函数，通过压比限值仿真模型，得到压比限值三维折线函数；
[0033]
所述控制模块用于，从所述燃气机组的当前工况数据中，获取当前转速比和当前igv开度，并通过所述三维折线函数，基于所述当前转速比和所述当前igv开度，得到与现场工况匹配的当前压比限值，以及
[0034]
根据当前压比限值确定是否触发机组运行极限保护，并以所述当前压比限值为影响参数，分别生成ibh系统和fsr系统的控制指令。
[0035]
第三方面，本技术实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时
实现如上述第一方面所述的方法。
[0036]
第四方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的方法。
[0037]
相比于相关技术，本技术实施例提供的一种燃气机组的控制方法，通过采集燃气机组的历史工况数据，并从中获取多组互相匹配的转速比、igv开度和压比限值，并将其分别表示为转速比函数、igv开度函数和压比限值函数；
[0038]
基于转速比函数、igv开度函数和压比限值函数，通过压比限值仿真模型，得到压比限值三维折线函数；从燃气机组的当前工况数据中，获取当前转速比和当前igv开度，并通过三维折线函数，基于当前转速比和当前igv开度，得到与现场工况匹配的当前压比限值；根据当前压比限值确定是否触发机组运行极限保护，以及，以当前压比限值为影响参数，分别生成ibh系统和fsr系统的控制指令。解决了相关技术中燃气机组的安全性较差的问题，并优化压比限制对燃烧过程fsr的保护，保障机组稳定安全运行。
附图说明
[0039]
此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
[0040]
图1是根据本技术实施例的一种燃气机组的控制方法的流程图；
[0041]
图2是根据本技术实施例的一种压比限值仿真模型的示意图；
[0042]
图3是根据本技术实施例的三维折线函数的示意图。
[0043]
图4是根据本技术实施例的一种燃气机组的控制系统的结构框图；
[0044]
图5是根据本技术实施例的电子设备的内部结构示意图。
具体实施方式
[0045]
为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0046]
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本技术应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本技术公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本技术揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本技术公开的内容不充分。
[0047]
在本技术中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本技术所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
[0048]
除非另作定义，本技术所涉及的技术术语或者科学术语应当为本技术所属技术领
域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本技术所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本技术所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本技术所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本技术所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
[0049]
图1是根据本技术实施例的一种燃气机组的控制方法的流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：
[0050]
s101，采集燃气机组的历史工况数据，并从中获取多组互相匹配的转速比、igv开度和压比限值，并将其分别表示为转速比函数、igv开度函数和压比限值函数；
[0051]
其中，上述燃气机组可以是9e燃气机组，对应的，该历史工况数据即为9e燃气机组在实际应用过程中，累计的作业数据。可选的，该数据可以从燃气机组控制系统的日志、说明文档中获取，也可以从各电力单位自行制定的历史数据库中获取。
[0052]
进一步的，上述转速比是以实际转速值和转速基准值的比值，以9e燃气机组为例，转速基准值为3000，若实际转速值为2800，则转速比为93。进一步的，igv开度全称为，(inlet guide vane，压气机进口导叶)开度，其用于控制进气量。压比限值则是压气机的压缩比例的临界值，可以理解的是，压比限值根据现场实际的工况确定，其可以从现有技术中获取。
[0053]
进一步的，上述多组数据的具体数量应该满足一些基础要求，例如，不少于64组。理论上数据量越多越有利于提升后续仿真流程的准确率，但是运算量也随之增加，本领域技术人员根据经验获知，在数据为64组是，即认为能够满足仿真需求，同时运算量较为合理。
[0054]
进一步的，将上述数据表示为函数形式，是本领域的常规技术手段，因此在本实施例中不再赘述。
[0055]
s102，基于转速比函数、igv开度函数和压比限值函数，通过压比限值仿真模型，得到压比限值三维折线函数；
[0056]
上述转速比函数可以表示为：{90，92.5，95，97，100，105，110，115}；
[0057]
igv开度函数可以表示为：{42，44，49，56，66，78，84，86}；
[0058]
压比限制函数可以表示为：
[0059]
{7.1030，7.3585，7.9245，8.5601，9.0457，9.5310，9.9000，10.0400，7.9063，8.2213，8.8822，9.8102，10.1738，10.7596，11.1423，11.2853，8.3380，8.7019，9.5443，10.4727，11.0894，11.8200，12.1800，12.3000，8.4840，8.8683，9.8037，10.7319，11.6764，12.5430，12.8710，12.9630，8.2533，8.6803，9.6755，10.9142，12.3264，13.4075，13.6894，13.7408，6.91，7.5688，9.0898，10.91，12.8801，14.2518，14.53，14.56，5.38，6.3268，
8.4283，10.7806，13.1029，14.5674，14.83，14.9，3.8，4.9705，7.5522，10.4002，13.0982，14.5751，14.8300，14.9}；
[0060]
可选的，步骤s102的仿真过程可以在matlab软件环境中实现，图2是根据本技术实施例的一种压比限值仿真模型的示意图。
[0061]
在matlab软件环境中，转速比函数定义为模型第一输入函数x1，igv开度函数定义为模型第二输入函数x2，压比限值函数定义为模型输出量y；
[0062]
通过压比限值仿真模型，基于多组第一输入函数、多组第二入函数和多组输出函数，通过二元插值法进行三维拟合，得到压比限值三维折线函数，如图3是根据本技术实施例的三维折线函数的示意图。
[0063]
s103，从燃气机组的当前工况数据中，获取当前转速比和当前igv开度，并通过三维折线函数，基于当前转速比和当前igv开度，得到与现场工况匹配的当前压比限值；
[0064]
步骤s102中，已得到压比限值三维折线函数，而该压比限值三维折线函数又是根据历史的现场数据得到。因此，在将该三维折线函数应用在一台全新燃气机组时，该机组在作业时，即可通过该三维折线函数，对现场作业过程中的当前转速比和igv开度进行匹配，进而得到与现场工况匹配的压比限值。
[0065]
需要说明的是，对于9e燃气机组，其转速比和igv开度的变换一定是在一定范围内波动，而上述步骤s102仿真过程中，利用了上下极限值和部分区间值进行仿真训练，因此将仿真得到的三维折线函数用于新机组作业控制时，可覆盖所有的现场工况。
[0066]
s104，根据当前压比限值确定是否触发机组运行极限保护，以及，以当前压比限值为影响参数，分别生成ibh系统和fsr系统的控制指令。
[0067]
其中，若当前实际压比值超过该当前压比限值，或者当前实际压比值与当前压比限值的差值到达一定范围之后，触发机组运行极限保护。
[0068]
进一步，该ibh系统全称为进气加热系统，是9e燃机的一个重要辅助系统，它通过将压气机末级少量排气送回至压气机进气口，以此实现对压气机进气加热。ibh系统的主要作用是防止在寒冷天气条件下压气机叶片结冰而造成出力下降或损坏，另外，在燃机低负荷运行时.ibh可以抽取压气机部分排气，提高燃机排气温度，使排烟温度维持在较高水平，起到助燃的作用。
[0069]
而fsr(fuel stroke reference，燃料行程基准)系统，可以理解为燃烧控制系统，其通过燃料的输出量控制燃烧进程，其中，压比限值是影响生成ibh指令和fsr指令的重要参数之一。
[0070]
通过上述步骤s101至s104，通过仿真模型基于历史工况数据得到三维折线函数，将该三维折线函数应用在新燃气机组之后，该燃气机组即可根据现场工况得到对应的压比限值，进而应用该压比限值保障机组的安全运行。
[0071]
在其中一些实施例中，由于选取的转速比和igv开度均为标准值，为了使模型仿真结果更加接近现场实际情况，可选的，可以对转速比和igv开度进行修正，利用修正之后的参数进行仿真训练，从而得到效果更加准确的三维折线函数，具体包括：
[0072]
在将转速比和igv开度，分别表示为转速比函数和igv开度函数的过程中，利用预设修正系数对转速比数据和igv开度数据进行修正，其中，用于修正的预设修正系数，通过如下步骤获取：
[0073]
获取压气机的入口当前温度和入口当前大气压，基于入口当前温度、入口当前大气压和标准大气压，通过如下预设公式得到预设修正系数；
[0074][0075]
ｃqpc是大气压修正参数，pn是入口当前大气压，ps是标准大气压，519和460是公式常数，ctim是入口温度。通过该预设公式，充分考虑到现场大气压和温度等因素对压比限值的影响，对标准值进行修正，从而提升了三维折线函数的准确度。
[0076]
在其中一些实施例中，根据当前压比限值确定是否触发机组运行极限保护，包括：在燃气机组实际运行过程中，获取当前压比限值和当前压比值；判断当前压比限值和当前压比值的差值是否大于预设偏差阈值，若是，则认为已经触发机组运行极限保护，该信号触发后跳闸机组并保持，需要通过l86mr1进行复位。可选的，在判断是否触发机组运行极限保护时，若当前压比值已经超过范围，还可以设置为经过一定延时(如3s)之后再触发机组运行极限保护。
[0077]
在其中一些实施例中，以当前压比限值为影响参数，生成ibh系统的控制指令，包括：获取燃气机组的当前压比值，基于当前压比值和压比限值，得到当前压比偏差；获取当前压比偏差对ibh系统的第一预设影响系数和原始ibh指令，并对原始ibh指令进行惯性延时处理；基于当前压比偏差、第一预设影响系数和经过惯性延时处理之后的原始ibh指令，生成用于控制ibh系统实际输出值的ibh控制指令，可选的，该ibh指令具体可以是阀门开度或功率比例等形式。
[0078]
其中，第一预设影响系数为压比的偏差量对ibh的影响系数，其可以选择为-30，而上述惯性延时处理具体为：将原始ibh指令经过传递函数进行运算。
[0079]
需要说明的是，当同时满足下列条件时，即认为压气机限位控制故障，该种情况下将ibh系统的输出值配置为常数值128；
[0080]
条件1：压力的偏差量达到限制，lcprerr
[0081]
条件2：大气压力达到高限，即大气压力大于32.2679inhg；
[0082]
条件3：ibh阀的指令和反馈偏差大于10％和15％，且转速百分比大于等于95％；
[0083]
在其中一些实施例中，以当前压比限值为参考量，生成燃气机组的fer控制指令，包括：获取压比偏差对fsr系统的第二预设影响系数和原始fsr指令，并对原始fsr指令进行惯性延时处理；基于当前压比偏差、第二预设影响系数和经过惯性延时处理之后的初始fsr指令，生成用于控制fsr系统实际输出值的fsr控制指令。
[0084]
其中，第二预设影响系数为压比的偏差量对fsr系统的影响系数，其可以选择为12，进一步的，上述惯性延时处理具体为：将原始fsr指令经过传递函数进行运算。
[0085]
在其中一些实施例中，在当前压比值小于压比限值的情况，对当前的fsr控制指令的输出值向上积分以退出控制；在当前压比值大于压比限值的情况下，对当前的fsr控制指令不断向下积分，直至当前压比值小于或者等于压比限值，从而避免压气机叶片级间压差
过大，对设备造成损害。
[0086]
在其中一些实施例中，当fsr控制系统的输出值(fsrcpr)的上一个运算周期的值小于当前运算周期的fsr的值的情况下，触发压比限制fsr备用控制激活。
[0087]
满足下列条件触发igv保持当前值(lfsrcpr1＝i)
[0088]
条件1：压比限制fsr备用控制激活
[0089]
条件2：并网。
[0090]
当该信号触发后，若压比的偏差量大于-0.15，则复位。
[0091]
需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0092]
本实施例还提供了一种燃气机组的控制系统，该系统用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”、“单元”、“子单元”等可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
[0093]
图4是根据本技术实施例的一种燃气机组的控制系统的结构框图，如图4所示，该系统包括：采集模块40、仿真模块41和控制模块42，其中；
[0094]
采集模块40用于，采集燃气机组的历史工况数据，并从中获取多组互相匹配的转速比、igv开度和压比限值，并将其分别表示为转速比函数、igv开度函数和压比限值函数；
[0095]
仿真模块41用于，基于转速比函数、igv开度函数和压比限值函数，通过压比限值仿真模型，得到压比限值三维折线函数；
[0096]
控制模块42用于，从燃气机组的当前工况数据中，获取当前转速比和当前igv开度，并通过三维折线函数，基于当前转速比和当前igv开度，得到与现场工况匹配的当前压比限值，以及根据当前压比限值确定是否触发机组运行极限保护，并以当前压比限值为影响参数，分别生成ibh系统和fsr系统的控制指令。
[0097]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种燃气机组的控制方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
[0098]
在一个实施例中，图5是根据本技术实施例的电子设备的内部结构示意图，如图5所示，提供了一种电子设备，该电子设备可以是服务器，其内部结构图可以如图5所示。该电子设备包括通过内部总线连接的处理器、网络接口、内存储器和非易失性存储器，其中，该非易失性存储器存储有操作系统、计算机程序和数据库。处理器用于提供计算和控制能力，网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信，内存储器用于为操作系统和计算机程序的运行提供环境，计算机程序被处理器执行时以实现一种燃气机组的控制方法系统，数据库
用于存储数据。
[0099]
本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的电子设备的限定，具体的电子设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0100]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0101]
以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。