专利名称：一种燃气轮机转速预测保护控制方法
技术领域：
本发明涉及一种在线燃气轮机转速预测保护控制方法，涉及燃气轮机转速控制和预测保护方法。
背景技术：
燃气轮机是具有明确额定工作状态的复杂系统。虽然针对不同的应用，对燃气轮机的性能追求不尽相同，但是从一般意义上说，效率和功率是几乎所有燃气轮机发展的两大焦点。为了获得更高的效率、更大的功率，在现阶段的燃气轮机设计中多采用了较高的燃烧室出口温度。为了耐受高的燃烧室出口温度，透平等热端部件需要采用特种材料，并使用复杂的冷却手段，使得热端部件的制造技术日趋复杂，成本日趋升高。为了确保热端部件的安全、延长昂贵的热端部件的寿命，在燃气轮机的控制系统中需要采用许多保护措施。其中对于转速的保护控制是非常重要的保护措施之一。以往转速保护控制的着眼点是燃气轮机转速，目的是确保燃气轮机整机结构的安全，较少考虑热端部件。然而随着延长热端部件寿命的需要，在几大燃气轮机制造商的最新的控制系统中，多加入了加速度控制，在GE公司的MARK VI控制系统中，甚至加入了加速度变化率控制。增加这两类控制后，由于实际上限制了燃料行程基准(FSR)的值及其变化率，所以可以极大减少燃气轮机运行过程中热端部件受到的热冲击。然而，现有的带有加速度控制和加速度变化率控制的转速控制方法，都是仅仅对燃气轮机的当前转速、加速度、加速度变化率进行限制，不考虑将来燃气轮机的运行状态。在燃气轮机甩负荷、燃料热值变动、负载工况改变，或者燃烧状态改变等情况下，这种静态的控制方法无法提前预知燃气轮机的未来状态，多会听任燃气轮机进入异常状态，而后再采取激进的保护动作，如停机等。这并非因为参数设计不合理，而是因为控制系统没有预测能力。使用预测控制，一方面需要有加速度传感器，满足燃气轮机精度指标的此类工业产品选择较多；另一方面会增加计算复杂度，如果参数较多，对于控制器的计算能力有一定要求。但实际上目前主流控制系统都可以具有强大的数据计算处理能力，从硬件的角度而言，实现燃气轮机的转速预测保护控制没有问题。
发明内容
本发明的目的是解决现有燃气轮机转速保护系统滞后和激进的问题，使用预测的方法，提前判断燃气轮机整个过渡过程的安全性，并提前修正控制量，确保燃气轮机更平稳运行和减少停机次数。本发明着眼于燃气轮机的转速保护，以转速调节系统输出的控制量作为必需的输入量之一，而并不计算该量。所谓转速调节系统输出的控制量，即转速调节系统所计算出的燃气轮机加速度变化率。为了实现上述的目的，本发明的技术方案如下:一种燃气轮机转速预测保护控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤:
I).输入单元:根据燃气轮机的额定工作状态，以设定的燃气轮机停机转速下限值1、报警转速下限值1、报警转速上限值W、停机转速上限值F、转速常值向量R、加速度下限向量Δ、加速度上限向量1、加速度变化率下限向量β、加速度变化率上限向量万、转速调节系统给出的控制量d以及经过滤波的转速信号s和加速度信号a作为输入参数；设定值满足t < w < w < ,所述向量R、U、S和万的取值个数相同，且R严格升序排列，Δ中的所有取值都小于等于0，Z中的所有取值都大于等于0，2中的所有取值都小于0，万中的所有取值都大于O ;2).预测保护控制单元:在每个控制周期按照如下步骤计算转速燃料行程基准，具体步骤为:A).利用关于转速的四个函数旦(*)、可0、过(*)和丑0分别计算当前加速度下限值互=a(s)、当前加速度上限值I = S(S)当前加速度变化率下限值i = i(S)和当前加速度变化率上限值.1 =系>);其中关于转速的四个函数旦(*)>a(-)>d(.)和5(.)是以转速常值向量R为插值节点，分别以Δ、Ι、S和万为节点处的函数值进行线性插值得到的函数；B).若满足下面四条中的任意一条:i)s < tii)a < aiii) s >tiv) a > a则本周期转速燃料行程基准=O,并输出停机报警；C).^t<s< 且ο < α < ，则计算中间参数β:
权利要求
1.一种燃气轮机转速预测保护控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤: 1).输入单元:根据燃气轮机的额定工作状态，以设定的燃气轮机停机转速下限值1、报警转速下限值1、报警转速上限值设、停机转速上限值 、转速常值向量R、加速度下限向量Δ、加速度上限向量1、加速度变化率下限向量2、加速度变化率上限向量万、转速调节系统给出的控制量d以及经过滤波的转速信号s和加速度信号a作为输入参数；设定值满足t < w < w < ，所述向量R、U、S和D的取值个数相同，且R严格升序排列，Δ中的所有取值都小于等于O，Z中的所有取值都大于等于O，2中的所有取值都小于O，D中的所有取值都大于O ; 2).预测保护控制单元:在每个控制周期按照如下步骤计算转速燃料行程基准，具体步骤为: A).利用关于转速的四个函数2(.) ()、4(.)和及)分别计算当前加速度下限值2=廷(S)、当前加速度上限值0 = 5:(s)、当前加速度变化率下限值d = d(s)和当前加速度变化率上限值5 = 50);其中关于转速的四个函数W.) >a(-).d(.)和丑)是以转速常值向量R为插值节点，分别以Δ、Ζ、D和D为节点处的函数值进行线性插值得到的函数； B).若满足下面四条中的任意一条:
2.如权利要求1所述的一种燃气轮机转速预测保护控制方法，其特征在于:步骤2)中的C)和D)在由二阶常微分方程计算函数y(x)时，方法是以转速常值向量R为X的分段点，分段计算二阶常微分方程的显式解。
3.如权利要求1所述的一种燃气轮机转速预测保护控制方法，其特征在于:步骤2)中的C)在计算
4.如权利要求1所述的一种燃气轮机转速预测保护控制方法，其特征在于:步骤2)中的D)在计算
全文摘要
一种燃气轮机转速预测保护控制方法，涉及燃气轮机转速保护、加速度保护和热端部件的热冲击保护。该方法是利用转速和加速度信号进行预测计算，预测出在当前时刻至转速稳定时刻的整个过渡过程中，燃气轮机转子转速和加速度是否可能超出各自的限值。如果不会超出限值，则对正常控制量限幅后输出；如果可能超出限值，则计算保证燃气轮机安全的最佳控制量。本发明相对于传统方法，为燃气轮机提供了更为精准的保护，并避免了不必要的停机，很大程度上减少了转速系统的动作对燃气轮机热端部件所造成的热冲击。
文档编号F02C9/00GK103174523SQ201310119599
公开日2013年6月26日 申请日期2013年4月8日 优先权日2013年4月8日
发明者徐伟科 申请人:北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司