一种燃气轮机转速控制器模型构建方法及装置与流程

本发明涉及燃气轮机建模与控制，尤其涉及一种燃气轮机转速控制器模型构建方法及装置。

背景技术：

1、燃气轮机转速控制器是燃气轮机发电系统中的关键组成部分，其性能表现对于燃气轮机的运行控制具有重要意义。

2、相关技术可以构建燃气轮机转速控制器模型，并使用燃气轮机转速控制器模型进行仿真试验，确定其对燃气轮机转速的仿真控制效果，进而优化控制算法和转速运行控制。

3、但是，相关技术所建立的燃气轮机转速控制器模型，其对于燃气轮机转速的仿真控制效果不佳。

技术实现思路

1、本发明提供一种燃气轮机转速控制器模型构建方法及装置，用以解决相关技术中燃气轮机转速控制器模型对于燃气轮机转速的仿真控制效果不佳的缺陷，建立一种新的燃气轮机转速控制器模型的构建，具有调节时间短、超调量低和较优的抗扰动性。

2、第一方面，本发明提供一种燃气轮机转速控制器模型构建方法，包括：

3、基于燃气轮机的冷却抽气量建立燃气轮机模型；

4、建立模型结构为二阶线性自抗扰控制结构以及包括有待整定参数的初始转速控制器模型；

5、使用所述燃气轮机模型和全局搜索算法对所述初始转速控制器模型中的所述待整定参数进行整定，得到最终的转速控制器模型。

6、可选的，所述基于燃气轮机的冷却抽气量建立燃气轮机模型，包括：

7、建立惯性延迟模块；以及，在假设对小偏差进行线性化处理并忽略运动部件质量和液态摩擦力的情况下，分别基于压气机、燃烧室和透平的运行机理建立压气机模块、燃烧室模块和透平模块；

8、使用冷却抽气量对所述燃烧室模块和所述透平模块进行修正，得到修正后燃烧室模块和修正后透平模块；

9、依次通信连接所述惯性延迟模块、所述压气机模块、所述修正后燃烧室模块和所述修正后透平模块，得到所述燃气轮机模型。

10、可选的，所述燃烧室模块和所述透平模块中分别包括燃烧室机理公式和透平机理公式；

11、所述使用冷却抽气量对所述燃烧室模块和所述透平模块进行修正，得到修正后燃烧室模块和修正后透平模块，包括：

12、引入所述冷却抽气量修正所述燃烧室机理公式和所述透平机理公式，以得到所述修正后燃烧室模块和所述修正后透平模块。

13、可选的，所述建立模型结构为二阶线性自抗扰控制结构以及包括有待整定参数的初始转速控制器模型，包括：

14、建立与所述二阶线性自抗扰控制结构对应的扩张状态观测器模块和控制模块；其中，所述扩张状态观测器模块中包括观测参数，所述控制模块中包括控制参数、设定值变量、扰动变量和输出变量；

15、通信连接所述扩张状态观测器模块和所述控制模块以建立二阶线性自抗扰控制器模型；

16、将所述二阶线性自抗扰控制器模型中的所述设定值变量、所述扰动变量和所述输出变量分别确定为设定转速值变量、外部扰动变量和燃料量输出变量，以及将所述二阶线性自抗扰控制器模型中的所述控制参数和所述观测器参数确定为所述待整定参数，以得到所述初始转速控制器模型。

17、可选的，所述使用所述燃气轮机模型和全局搜索算法对所述初始转速控制器模型中的所述待整定参数进行整定，得到最终的转速控制器模型，包括：

18、基于所述燃气轮机模型和所述初始转速控制器模型建立燃气轮机转速控制模型；

19、仿真运行所述燃气轮机转速控制模型并使用全局搜索算法对所述燃气轮机转速控制模型中的所述待整定参数进行迭代优化，直至达到收敛条件为止，以得到最终整定参数以及所述转速控制器模型。

20、可选的，所述基于所述燃气轮机模型和所述初始转速控制器模型建立燃气轮机转速控制模型，包括：

21、构建转速差计算模块、最小燃料量控制模块、燃料阀执行机构模块、功率差计算模块、转子模块和转速测量模块；

22、依次通信连接所述转速差计算模块、所述初始转速控制器模型、所述最小燃料量控制模块、所述燃料阀执行机构模块、所述燃气轮机模型、所述功率差计算模块、所述转子模块和所述转速测量模块，以及通信连接所述转速测量模块和所述转速差计算模块，以建立所述燃气轮机转速控制模型。

23、可选的，所述转速差计算模块用于根据外部输入的模拟设定转速和来自所述转速测量模块的模拟测量转速，生成模拟转速差；

24、所述初始转速控制器模型，用于根据所述模拟转速差生成携带有模拟初始燃料量的模拟燃料量控制指令并输出；

25、所述最小燃料量控制模块，用于对所述模拟燃料量控制指令中的所述模拟初始燃料量进行优化处理得到模拟优化燃料量，并生成与所述模拟优化燃料量对应的模拟阀门开度；

26、所述燃料阀执行机构模块，用于根据所述模拟阀门开度生成所述模拟优化燃料量并输出；

27、所述燃气轮机模型，用于根据所述模拟优化燃料量生成并输出模拟净功率；

28、所述功率差计算模块，用于根据所述模拟净功率和外部输入的模拟负载功率确定模拟功率差并输出；

29、所述转子模块，用于根据所述模拟功率差生成相应的模拟转速并输出；

30、所述转速测量模块，用于根据所述模拟转速生成所述模拟测量转速。

31、可选的，在所述得到最终整定参数以及所述转速控制器模型之后，所述方法还包括：

32、分别对所述转速控制器模型和参照模型进行转速控制仿真试验，并分别计算所述转速控制器模型和所述参照模型的性能指标；

33、比较所述转速控制器模型和所述参照模型的性能指标，以比较所述转速控制器模型和所述参照模型的性能优劣。

34、可选的，所述仿真试验中包括负荷扰动试验和连续给定值阶跃变化的转速跟踪试验中的至少一个，所述性能指标中包括超调量、恢复时间、绝对误差积分准则iae值和时间乘绝对误差积分准则itae值中的至少一个。

35、第二方面，本发明提供一种燃气轮机转速控制器模型构建装置，包括：

36、第一建立单元，用于基于燃气轮机的冷却抽气量建立燃气轮机模型；

37、第二建立单元，用于建立模型结构为二阶线性自抗扰控制结构以及包括有待整定参数的初始转速控制器模型；

38、参数整定单元，用于使用所述燃气轮机模型和全局搜索算法对所述初始转速控制器模型中的所述待整定参数进行整定，得到最终的转速控制器模型。

39、本发明提供的燃气轮机转速控制器模型构建方法及装置，可以在燃气轮机建模过程中考虑了冷却抽气量，建立出的燃气轮机模型更符合实际机组运行工况，可信度更高，基于ladrc结构构建的初始转速控制器模型具有短调节时间、低超调量和较优的抗扰动性，而使用燃气轮机模型和全局搜索算法对初始转速控制器模型进行参数整定所得到的转速控制器模型，具有可信度高，以及具有短调节时间、低超调量和较优的抗扰动性。

技术特征：

1.一种燃气轮机转速控制器模型构建方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于燃气轮机的冷却抽气量建立燃气轮机模型，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述燃烧室模块和所述透平模块中分别包括燃烧室机理公式和透平机理公式；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立模型结构为二阶线性自抗扰控制结构以及包括有待整定参数的初始转速控制器模型，包括：

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述使用所述燃气轮机模型和全局搜索算法对所述初始转速控制器模型中的所述待整定参数进行整定，得到最终的转速控制器模型，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述燃气轮机模型和所述初始转速控制器模型建立燃气轮机转速控制模型，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述转速差计算模块用于根据外部输入的模拟设定转速和来自所述转速测量模块的模拟测量转速，生成模拟转速差；

8.据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述得到最终整定参数以及所述转速控制器模型之后，所述方法还包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述仿真试验中包括负荷扰动试验和连续给定值阶跃变化的转速跟踪试验中的至少一个，所述性能指标中包括超调量、恢复时间、绝对误差积分准则iae值和时间乘绝对误差积分准则itae值中的至少一个。

10.一种燃气轮机转速控制器模型构建装置，其特征在于，包括：

技术总结
本发明涉及燃气轮机建模与控制技术领域，公开了一种燃气轮机转速控制器模型构建方法及装置。本发明在燃气轮机建模过程中考虑了冷却抽气量，建立出的燃气轮机模型更符合实际机组运行工况，可信度更高，基于LADRC结构构建的初始转速控制器模型具有短调节时间、低超调量和较优的抗扰动性，而使用燃气轮机模型和全局搜索算法对初始转速控制器模型进行参数整定所得到的转速控制器模型，具有可信度高，以及具有短调节时间、低超调量和较优的抗扰动性。

技术研发人员：曹靖,杜鹏,陈思宇,王海光,沈建羽,马增超,康家豪,于鑫玮,焦小路,张拴平,周函翔,刘士源
受保护的技术使用者：中海石油气电集团有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/27