[发明专利]一种燃气轮机转速预测保护控制方法

说明书

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：

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t、报警转速下限值w、报警转速上限值停机转速上限值转速常值向量R、加速度下限向量A、加速度上限向量加速度变化率下限向量D、加速度变化率上限向量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；设定值满足所述向量R、A、D和的取值个数相同，且R严格升序排列，A中的所有取值都小于等于0，中的所有取值都大于等于0，D中的所有取值都小于0，中的所有取值都大于0；

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a(·)、d(·)和分别计算当前加速度下限值a＝a(s)、当前加速度上限值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其中关于转速的四个函数a(·)、d(·)和是以转速常值向量R为插值节点，分别以A、D和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：