CN102720590B - 一种燃气轮机的起动控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气轮机的起动控制方法及装置，其采用三大要素配合控制燃调阀给燃气轮机提供燃料：将实时转速测量值与“转速-开度”曲线进行匹配得到第一燃调阀开度；将实时转速测量值与“转速-转速爬坡率”曲线进行匹配，获得对应的转速爬坡率从而计算出当前转速PID给定值，经比例积分计算后得到第二燃调阀开度；将实时转速测量值与“转速-温度爬坡率”曲线进行匹配获得对应的温度爬坡率，从而计算出当前温度PID给定值，经比例积分计算后得到第三燃调阀开度；取三个燃调阀开度中的最小值作为最终燃调阀开度。本发明能及时根据转速和温度的变化情况对燃调阀开度进行修正，能提高起动成功率。

Description

一种燃气轮机的起动控制方法及装置

技术领域

本发明涉及燃气轮机领域，特别地，涉及一种燃气轮机的起动控制方法及装置。

背景技术

现有燃气轮机的起动通常采用起动机拖动燃气轮机开始起动，同时由燃气轮机控制装置控制燃料调节阀提供给燃气轮机合适的燃料进行燃烧产生动力，随着燃气轮机转速的不断上升，当到达一定转速后，起动机退出工作，燃气轮机完全由燃烧燃料产生的动力带动运转到慢车转速或工作转速，至此，完成整个起动过程。在整个起动过程中，提供合适的燃料是保证正常起动的关键，同时还要保证在整个起动过程中，燃气轮机的排气温度不能超温。

现有常规的控制方法是根据预先设定的“转速-开度”曲线进行控制，同时辅以超温、超速保护，有的燃气轮机起动时还允许进行人工干预。该“转速-开度”曲线一般是在特定的条件下通过试验获得，它是一组在不同转速下对应不同阀门开度的数据。

这种控制方法，因为排气温度和转速没有参与到过程控制中，仅只是采取超限报警和保护，并没有参与到过程控制之中。所以在起动过程中，控制装置不会针对当前的温度与转速对燃料调节阀的开度自动进行修正，在外部条件变化较大时，导致起动成功率降低。

发明内容

本发明目的在于提供一种能够及时根据转速和温度的变化情况对燃调阀开度进行修正、提高起动成功率的燃气轮机的起动控制方法及装置，以解决现有燃气轮机的起动控制方法在外部条件变化较大时起动成功率降低的技术问题。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种燃气轮机的起动控制方法，

采用起动机拖动燃气轮机开始起动时，按照以下步骤控制燃调阀根据最终燃调阀开度给燃气轮机提供燃料：

S1、将实时转速测量值与“转速-开度”曲线进行匹配，得到第一燃调阀开度；

S2、将实时转速测量值与“转速-转速爬坡率”曲线进行匹配，获得对应的转速爬坡率，根据所述转速爬坡率并结合转速目标值、程序扫描周期、历史转速PID给定值计算出当前转速PID给定值，所述当前转速PID给定值经比例积分计算后，得到第二燃调阀开度；

S3、将实时转速测量值，与“转速-温度爬坡率”曲线进行匹配，获得对应的温度爬坡率，根据所述温度爬坡率并结合温度目标值、程序扫描周期、历史温度PID给定值计算出当前温度PID给定值，所述当前温度PID给定值经比例积分计算后，得到第三燃调阀开度；

S4、所述步骤S1、步骤S2、步骤S3同时进行，并取所述第一燃调阀开度、所述第二燃调阀开度和所述第三燃调阀开度中的最小值作为最终燃调阀开度。

作为上述方法的进一步改进：

所述步骤S2中，根据所述转速爬坡率并结合转速目标值、程序扫描周期、历史转速PID给定值计算出当前转速PID给定值，具体计算步骤如下：

201、当所述转速目标值＞所述历史转速PID给定值时，计算：

当前转速PID给定值=历史转速PID给定值+转速爬坡率×程序扫描周期；

202、当所述转速目标值=所述历史转速PID给定值时，赋值：

当前转速PID给定值=历史转速PID给定值；

203、当所述转速目标值＜所述历史转速PID给定值时，计算：

当前转速PID给定值=历史转速PID给定值－转速爬坡率×程序扫描周期。

201A、所述步骤201完成后，再进行如下操作：

a.当所述当前转速PID给定值＜所述转速目标值时，输出所述当前转速PID给定值；

b.当所述当前转速PID给定值≥所述转速目标值时，将所述转速目标值作为当前转速PID给定值输出；

203A、所述步骤203完成后，再进行如下操作：

c.当所述当前转速PID给定值＞所述转速目标值时，输出所述当前转速PID给定值；

d.当所述当前转速PID给定值≤所述转速目标值时，将所述转速目标值作为当前转速PID给定值输出。

所述步骤S3中，根据所述温度爬坡率并结合温度目标值、程序扫描周期、历史温度PID给定值计算出当前温度PID给定值，具体计算步骤如下：

301、当所述温度目标值＞所述历史温度PID给定值时，计算：

当前温度PID给定值=历史温度PID给定值+温度爬坡率×程序扫描周期；

302、当所述温度目标值=所述历史温度PID给定值时，赋值：

当前温度PID给定值=历史温度PID给定值；

303、当所述温度目标值＜所述历史温度PID给定值时，计算：

当前温度PID给定值=历史温度PID给定值-温度爬坡率×程序扫描周期。

301A、所述步骤301完成后，再进行如下操作：

a.当所述当前温度PID给定值＜所述温度目标值时，输出所述当前温度PID给定值；

b.当所述当前温度PID给定值≥所述温度目标值时，将所述温度目标值作为当前温度PID给定值输出；

303A、所述步骤303完成后，再进行如下操作：

c.当所述当前温度PID给定值＞所述温度目标值时，输出所述当前温度PID给定值；

d.当所述当前温度PID给定值≤所述温度目标值时，将所述温度目标值作为当前温度PID给定值输出。

所述历史转速PID给定值为上一周期计算得到的当前转速PID给定值；所述历史温度PID给定值为上一周期计算得到的当前温度PID给定值。

根据本发明的另一方面，还提供了一种燃气轮机的起动控制装置，包括：

“转速-开度”曲线存储器，用于存储“转速-开度”曲线，并将实时转速测量值与“转速-开度”曲线进行匹配获得第一燃调阀开度；

“转速-爬坡”控制组件，用于根据实时转速测量值计算出当前转速PID给定值，并将所述当前转速PID给定值进行比例积分计算后获得第二燃调阀开度；

“温度-爬坡”控制组件，用于根据实时转速测量值计算出当前温度PID给定值，并将所述当前温度PID给定值进行比例积分计算后获得第三燃调阀开度；

最小值选择器，用于选取所述第一燃调阀开度、所述第二燃调阀开度和所述第三燃调阀开度中的最小值作为最终燃调阀开度。

作为上述装置的进一步改进：

所述“转速-爬坡”控制组件包括：

“转速-转速爬坡率”曲线存储器，用于存储“转速-转速爬坡率”曲线，并将所述实时转速测量值与所述“转速-转速爬坡率”曲线进行匹配，获得对应的转速爬坡率；

转速爬坡模块，用于根据所述转速爬坡率并结合转速目标值、程序扫描周期、历史转速PID给定值计算出当前转速PID给定值；

转速PID模块，用于对所述当前转速PID给定值进行比例积分计算以获得第二燃调阀开度。

所述“温度-爬坡”控制组件包括：

“转速-温度爬坡率”曲线存储器，用于存储“转速-温度爬坡率”曲线，并将所述实时转速测量值与所述“转速-温度爬坡率”曲线进行匹配，获得对应的温度爬坡率；

温度爬坡模块，用于根据所述温度爬坡率并结合温度目标值、程序扫描周期、历史温度PID给定值计算出当前温度PID给定值；

温度PID模块，用于对所述当前温度PID给定值进行比例积分计算以获得第三燃调阀开度。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的燃气轮机的起动控制方法，在原有根据“转速-开度”曲线确定燃调阀开度的基础上，增加了根据“转速-转速爬坡率”曲线，以及历史转速PID给定值并结合转速目标值和程序扫描周期确定转速影响的燃调阀开度；和根据“转速-温度爬坡率”曲线，以及历史温度PID给定值并结合温度目标值和程序扫描周期确定温度影响的燃调阀开度，再根据3个燃调阀开度的最小值给燃气轮机提供燃料，燃调阀开度的确定更准确，控制更可靠，能提高燃气轮机的起动成功率。

2、本发明的燃气轮机的起动控制装置，计算当前转速PID给定值时与转速目标值进行比较后分类计算，计算完成后再与转速目标值进行比较后进行分类处理，可以保证降速或增速时，转速PID给定值相对稳定，从而使得燃调阀开度输出值相对平稳；同理，计算当前温度PID给定值时与温度目标值进行比较后分类计算，计算完成后再与温度目标值进行比较后进行分类处理，可以保证降速或增速时，温度PID给定值相对稳定，从而使得燃调阀开度输出值相对平稳。

3、本发明的燃气轮机的起动控制装置，在原有的“转速-开度”曲线存储器的基础上，增加了“转速-爬坡”控制组件和“温度-爬坡”控制组件，并采用最小值选择器进行选择，以及时根据转速和温度的变化情况对燃调阀开度进行修正，提高起动成功率。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的燃气轮机的起动控制方法的流程示意图；

图2是本发明优选实施例的燃气轮机的起动控制装置的组成结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1、图2，本发明的燃气轮机的起动控制方法，可通过图2所示的装置实现，具体为：采用起动机拖动燃气轮机开始起动时，按照以下步骤控制燃调阀根据最终燃调阀开度给燃气轮机提供燃料：

S1、将实时转速测量值与“转速-开度”曲线进行匹配，得到第一燃调阀开度。

S2、将实时转速测量值与“转速-转速爬坡率”曲线进行匹配，获得对应的转速爬坡率，根据转速爬坡率并结合转速目标值、程序扫描周期、历史转速PID（PID为比例-微分-积分）给定值计算出当前转速PID给定值，当前转速PID给定值经比例积分计算（本实施例中，为结合实时转速测量值进行PI计算）后，得到第二燃调阀开度。

本实施例中，历史转速PID给定值为上一周期计算得到的当前转速PID给定值。比例积分计算采用数字式PI算法，其比例增益系数和积分系数可在实际应用时经反复调整从而获得最佳系数值。转速目标值为预先设定的机组起动完成后将要达到的目标转速值，程序扫描周期为循环执行的程序的一个运行周期，可预先设定一个合适的固定的程序循环扫描周期或通过特殊功能模块获取当前的实时的程序循环周期。历史转速PID给定信号在起动前可直接赋值为当前的转速测量值，在起动过程中由转速爬坡模块进行计算赋值。

本实施例中，步骤S2中，根据转速爬坡率并结合转速目标值、程序扫描周期、历史转速PID给定值计算出当前转速PID给定值，具体计算步骤如下：

201、当转速目标值＞历史转速PID给定值时，计算：

当前转速PID给定值=历史转速PID给定值+转速爬坡率×程序扫描周期；

201A、步骤201完成后，再进行如下操作：

a.当当前转速PID给定值＜转速目标值时，输出当前转速PID给定值；

b.当当前转速PID给定值≥转速目标值时，将转速目标值作为当前转速PID给定值输出；

202、当转速目标值=历史转速PID给定值时，赋值：

当前转速PID给定值=历史转速PID给定值；

203、当转速目标值＜历史转速PID给定值时，计算：

当前转速PID给定值=历史转速PID给定值-转速爬坡率×程序扫描周期。

203A、本实施例中，步骤203完成后，再进行如下操作：

c.当当前转速PID给定值＞转速目标值时，输出当前转速PID给定值；

d.当当前转速PID给定值≤转速目标值时，将转速目标值作为当前转速PID给定值输出。

S3、将实时转速测量值，与“转速-温度爬坡率”曲线进行匹配，获得对应的温度爬坡率，根据温度爬坡率并结合温度目标值、程序扫描周期、历史温度PID给定值计算出当前温度PID给定值，当前温度PID给定值经比例积分计算（本实施例中，为结合实时温度测量值进行PI计算）后，得到第三燃调阀开度。

本实施例中，历史温度PID给定值为上一周期计算得到的当前温度PID给定值。比例积分计算采用数字式PI算法，其比例增益系数和积分系数可在实际应用时经反复调整从而获得最佳系数值。温度目标值为预先设定的机组起动完成后将要达到的目标温度值，该温度目标值一般小于起动超温限值。程序扫描周期为循环执行的程序的一个运行周期，可预先设定一个合适的固定的程序循环扫描周期或通过特殊功能模块获取当前的实时的程序循环周期。历史温度PID给定值在起动前可直接赋值为当前的温度测量值，在起动过程中由温度爬坡模块（参见图2）计算赋值。

步骤S3中，根据温度爬坡率并结合温度目标值、程序扫描周期、历史温度PID给定值计算出当前温度PID给定值，具体计算步骤如下：

301、当温度目标值＞历史温度PID给定值时，计算：

当前温度PID给定值=历史温度PID给定值+温度爬坡率×程序扫描周期；

301A、本实施例中，步骤301完成后，再进行如下操作：

a.当当前温度PID给定值＜温度目标值时，输出当前温度PID给定值；

b.当当前温度PID给定值≥温度目标值时，将温度目标值作为当前温度PID给定值输出；

302、当温度目标值=历史温度PID给定值时，赋值：

当前温度PID给定值=历史温度PID给定值；

303、当温度目标值＜历史温度PID给定值时，计算：

当前温度PID给定值=历史温度PID给定值－温度爬坡率×程序扫描周期。

303A、步骤303完成后，再进行如下操作：

c.当当前温度PID给定值＞温度目标值时，输出当前温度PID给定值；

d.当当前温度PID给定值≤温度目标值时，将温度目标值作为当前温度PID给定值输出。

S4、步骤S1、步骤S2、步骤S3同时进行，并取第一燃调阀开度、第二燃调阀开度和第三燃调阀开度中的最小值作为最终燃调阀开度。

上述步骤中，“转速-开度”曲线、“转速-转速爬坡率”曲线和“转速-温度爬坡率”曲线均为实现这三种控制的根据经验获得的试验或经验数据，这三种曲线均预先存储在相应的存储器中。

参见图2，本发明的燃气轮机的起动控制装置，可用于实现上述的方法，其包括以下四大部分：

1、“转速-开度”曲线存储器，用于存储“转速-开度”曲线，并将实时转速测量值与“转速-开度”曲线进行匹配获得第一燃调阀开度。

2、“转速-爬坡”控制组件，用于根据实时转速测量值计算出当前转速PID给定值，并将当前转速PID给定值进行比例积分计算后获得第二燃调阀开度。

本实施例中，“转速-爬坡”控制组件包括：

（1）转速爬坡率曲线存储器，用于存储“转速-转速爬坡率”曲线，并将实时转速测量值与“转速-转速爬坡率”曲线进行匹配，获得对应的转速爬坡率。

（2）转速爬坡模块，用于根据转速爬坡率并结合转速目标值、程序扫描周期、历史转速PID给定值计算出当前转速PID给定值。

（3）转速PID模块，用于对当前转速PID给定值进行比例积分计算（PI计算）以获得第二燃调阀开度。

3、“温度-爬坡”控制组件，用于根据实时转速测量值计算出当前温度PID给定值，并将当前温度PID给定值进行比例积分计算后获得第三燃调阀开度。

本实施例中，“温度-爬坡”控制组件包括：

（1）温度爬坡率曲线存储器，用于存储“转速-温度爬坡率”曲线，并将实时转速测量值与“转速-温度爬坡率”曲线进行匹配，获得对应的温度爬坡率。

（2）温度爬坡模块，用于根据温度爬坡率并结合温度目标值、程序扫描周期、历史温度PID给定值计算出当前温度PID给定值。

（3）温度PID模块，用于对当前温度PID给定值进行比例积分计算（PI计算）以获得第三燃调阀开度。

4、最小值选择器，用于选取第一燃调阀开度、第二燃调阀开度和第三燃调阀开度中的最小值作为最终燃调阀开度。

综上，本发明在原有根据“转速-开度”曲线确定燃调阀开度的基础上，增加了转速爬坡控制的燃调阀开度；和温度爬坡控制的燃调阀开度，根据三个燃调阀开度中的最小值给燃气轮机提供燃料，能及时根据转速和温度的变化情况对燃调阀开度进行修正，燃调阀开度输出值相对平稳、确定更准确，使得起动控制更可靠，能提高燃气轮机的起动成功率。本发明已经在20多台燃气轮机发电机组上应用，运行稳定可靠，效果良好。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种燃气轮机的起动控制方法，其特征在于，

采用起动机拖动燃气轮机开始起动时，按照以下步骤控制燃调阀根据最终燃调阀开度给燃气轮机提供燃料：

S1、将实时转速测量值与“转速-开度”曲线进行匹配，得到第一燃调阀开度；

S2、将实时转速测量值与“转速-转速爬坡率”曲线进行匹配，获得对应的转速爬坡率，根据所述转速爬坡率并结合转速目标值、程序扫描周期、历史转速PID给定值计算出当前转速PID给定值，所述当前转速PID给定值经比例积分计算后，得到第二燃调阀开度；

S3、将实时转速测量值，与“转速-温度爬坡率”曲线进行匹配，获得对应的温度爬坡率，根据所述温度爬坡率并结合温度目标值、程序扫描周期、历史温度PID给定值计算出当前温度PID给定值，所述当前温度PID给定值经比例积分计算后，得到第三燃调阀开度；

S4、所述步骤S1、步骤S2、步骤S3同时进行，并取所述第一燃调阀开度、所述第二燃调阀开度和所述第三燃调阀开度中的最小值作为最终燃调阀开度。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机的起动控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，根据所述转速爬坡率并结合转速目标值、程序扫描周期、历史转速PID给定值计算出当前转速PID给定值，具体计算步骤如下：

201、当所述转速目标值＞所述历史转速PID给定值时，计算：

当前转速PID给定值=历史转速PID给定值转速爬坡率×程序扫描周期；

202、当所述转速目标值=所述历史转速PID给定值时，赋值：

当前转速PID给定值=历史转速PID给定值；

203、当所述转速目标值＜所述历史转速PID给定值时，计算：

当前转速PID给定值=历史转速PID给定值-转速爬坡率×程序扫描周期。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机的起动控制方法，其特征在于，

201A、所述步骤201完成后，再进行如下操作：

a.当所述当前转速PID给定值＜所述转速目标值时，输出所述当前转速PID给定值；

b.当所述当前转速PID给定值≥所述转速目标值时，将所述转速目标值作为当前转速PID给定值输出；

203A、所述步骤203完成后，再进行如下操作：

c.当所述当前转速PID给定值＞所述转速目标值时，输出所述当前转速PID给定值；

d.当所述当前转速PID给定值≤所述转速目标值时，将所述转速目标值作为当前转速PID给定值输出。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃气轮机的起动控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，根据所述温度爬坡率并结合温度目标值、程序扫描周期、历史温度PID给定值计算出当前温度PID给定值，具体计算步骤如下：

301、当所述温度目标值＞所述历史温度PID给定值时，计算：

当前温度PID给定值=历史温度PID给定值温度爬坡率×程序扫描周期；

302、当所述温度目标值=所述历史温度PID给定值时，赋值：

当前温度PID给定值=历史温度PID给定值；

303、当所述温度目标值＜所述历史温度PID给定值时，计算：

当前温度PID给定值=历史温度PID给定值－温度爬坡率×程序扫描周期。

5.根据权利要求4所述的燃气轮机的起动控制方法，其特征在于，

301A、所述步骤301完成后，再进行如下操作：

a.当所述当前温度PID给定值＜所述温度目标值时，输出所述当前温度PID给定值；

b.当所述当前温度PID给定值≥所述温度目标值时，将所述温度目标值作为当前温度PID给定值输出；

303A、所述步骤303完成后，再进行如下操作：

c.当所述当前温度PID给定值＞所述温度目标值时，输出所述当前温度PID给定值；

d.当所述当前温度PID给定值≤所述温度目标值时，将所述温度目标值作为当前温度PID给定值输出。

6.根据权利要求5所述的燃气轮机的起动控制方法，其特征在于，所述历史转速PID给定值为上一周期计算得到的当前转速PID给定值；所述历史温度PID给定值为上一周期计算得到的当前温度PID给定值。

7.一种燃气轮机的起动控制装置，包括“转速-开度”曲线存储器，用于存储“转速-开度”曲线，并将实时转速测量值与“转速-开度”曲线进行匹配获得第一燃调阀开度；其特征在于，还包括：

“转速-爬坡”控制组件，用于根据实时转速测量值计算出当前转速PID给定值，并将所述当前转速PID给定值进行比例积分计算后获得第二燃调阀开度；

“温度-爬坡”控制组件，用于根据实时转速测量值计算出当前温度PID给定值，并将所述当前温度PID给定值进行比例积分计算后获得第三燃调阀开度；

最小值选择器，用于选取所述第一燃调阀开度、所述第二燃调阀开度和所述第三燃调阀开度中的最小值作为最终燃调阀开度。

8.根据权利要求7所述的燃气轮机的起动控制装置，其特征在于，所述“转速-爬坡”控制组件包括：

“转速-转速爬坡率”曲线存储器，用于存储“转速-转速爬坡率”曲线，并将所述实时转速测量值与所述“转速-转速爬坡率”曲线进行匹配，获得对应的转速爬坡率；

转速爬坡模块，用于根据所述转速爬坡率并结合转速目标值、程序扫描周期、历史转速PID给定值计算出当前转速PID给定值；

转速PID模块，用于对所述当前转速PID给定值进行比例积分计算以获得第二燃调阀开度。

9.根据权利要求7或8所述的燃气轮机的起动控制装置，其特征在于，所述“温度-爬坡”控制组件包括：

“转速-温度爬坡率”曲线存储器，用于存储“转速-温度爬坡率”曲线，并将所述实时转速测量值与所述“转速-温度爬坡率”曲线进行匹配，获得对应的温度爬坡率；

温度爬坡模块，用于根据所述温度爬坡率并结合温度目标值、程序扫描周期、历史温度PID给定值计算出当前温度PID给定值；

温度PID模块，用于对所述当前温度PID给定值进行比例积分计算以获得第三燃调阀开度。

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