CN103061891A - 用于模拟燃气轮机运行的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于模拟燃气轮机运行的系统和方法，具体而言，涉及一种用于模拟燃气轮机的方法。该方法通常可包括：感测燃气轮机的多个第一运行参数的值；将第一运行参数应用于燃气轮机的模型，以生成多个预测运行参数；确定预测运行参数与燃气轮机的相应多个感测到的第二运行参数之间的差值，将误差修正系统应用于差值，以确定修正系数；以及使用修正系数来调节燃气轮机的模型，其中预测运行参数包括至少一个预测燃烧产物参数并且感测到的第二运行参数包括至少一个感测到的燃烧产物参数。

Description

用于模拟燃气轮机运行的系统和方法
技术领域
本发明主题总体上涉及用于燃气轮机的控制系统，且更具体地涉及用于使用通过卡尔曼滤波器施加的燃气轮机的燃烧产物参数和其它运行参数来调整燃气轮机的电子、数学模型的系统和方法。
背景技术
工业和发电燃气轮机具有监视和控制它们的运行的控制系统(“控制器”)。这些控制器管理燃气轮机的燃烧系统和燃气轮机的其它运行方面。典型地，控制器执行调节燃料流量、进口导叶(IGV)的角度和其它控制输入以确保燃气轮机的安全和有效运行的调度(scheduling)算法。
燃气轮机控制器典型地接收测定运行参数和期望运行设置(例如功率输出、排气能量等)的输入值，这些输入值协同调度算法确定用于控制参数(例如燃料流量、燃烧器燃料分流、IGV角度、进口放气热流量等)的设置，以实现燃气轮机的期望运行。通常假定由调度算法对控制参数规定的值将使燃气轮机在期望状态运行，诸如处于期望功率输出水平并在规定排放极限内运行。因此，调度算法结合了与燃气轮机有关的假设，诸如燃气轮机以特定效率、以特定流量和在其它假设的条件下运行。然而，随着燃气轮机长期运行，构件效率趋于劣化并且流量和其它运行条件不同于所假设的条件。由于这种劣化，调度算法变得越来越不协调并导致燃气轮机在日渐背离期望运行状态的状态下运行。
为了修正效率、流量和其它运行条件的变化，必须定期对燃气轮机进行“调整”。典型地，这使工程师或技术人员必须手动调节燃气轮机，这需要燃气轮机离线以使用仪表进行调整。为了防止手动调整所需的停机时间，美国专利No. 7,742,904(转让给通用电气公司)公开了自动调节用于燃气轮机的数学模型以解决在燃气轮机的长期运行期间发生的变化(例如构件效率和流量上的变化)的系统和方法。具体而言，该系统和方法利用模型化和感测到的燃气轮机的功率输出以及其它运行参数上的差异来生成带有可用于调节燃气轮机的数学模型的卡尔曼滤波器增益矩阵的修正系数。然而，虽然这种系统和方法提供了相当多的优点，但该公开内容未提供在直接功率测量不可用时进行调整的数学模型。例如，大部分单轴、联合循环发电系统不包括用于直接测量系统的功率输出的装置。
因此，在技术上将需要自动调节用于燃气轮机的数学模型而不需要直接测量燃气轮机的功率输出的系统和方法。
发明内容
本发明的方面和优点将在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述变得明显，或者可通过实践本发明而获悉。
在一方面，本发明主题公开了一种用于模拟燃气轮机的运行的方法。该方法通常可包括：感测燃气轮机的多个第一运行参数的值；将第一运行参数应用于燃气轮机的模型，以生成多个预测运行参数；确定预测运行参数与燃气轮机的相应多个感测到的第二运行参数之间的差值，将误差修正系统应用于差值，以确定修正系数；以及使用修正系数来调节燃气轮机的模型，其中预测运行参数包括至少一个预测燃烧产物参数并且感测到的第二运行参数包括至少一个感测到的燃烧产物参数。
在另一方面，本发明主题公开了一种用于模拟燃气轮机的运行的方法。该方法通常可包括：使用燃气轮机的模型来确定至少一个预测燃烧产物参数；感测至少一个感测到的燃烧产物参数；确定该至少一个预测燃烧产物参数与该至少一个感测到的燃烧产物参数之间的差值；将误差修正系统应用于差值，以确定修正系数；以及使用该修正系数来调节燃气轮机的模型。
在又一方面，本发明主题公开了一种用于模拟燃气轮机的运行的系统。该系统通常可包括构造成感测燃气轮机的多个第一运行参数和多个第二运行参数的值的多个传感器。多个第二运行参数通常可包括至少一个感测到的燃烧产物参数。该系统还可包括与传感器通信联接的控制器。该控制器可构造成基于第一运行参数和多个修正系数而生成多个预测运行参数。该控制器也可构造成确定预测运行参数与第二运行参数之间的差值。此外，该控制器可构造成将误差修正系统应用于差值，以便生成修正系数。
参考下文的描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并连同描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在参照附图的说明书中针对本领域的普通技术人员陈述了本发明的完整和能够实现的公开内容，包括其最佳模式，在附图中：
图1示出了联合循环发电系统的一个实施例的示意图；
图2示出了燃气轮机、燃气轮机模型和卡尔曼滤波器模型修正估测器的一个实施例的高级别框图；以及
图3示出了类似于图2所示但包括卡尔曼滤波器模型修正估测器的一个实施例的更详细的流程图的框图。
部件列表
10  系统
12  燃气轮机
14  蒸汽轮机
16  发电机
18  驱动轴
20  压缩机
22  燃烧器
24  涡轮
26  引入管
28  导叶
30  排放管
32  HRSG系统
34  控制器
36  致动器
38  致动器
40  燃料控制系统
42  传感器
44  传感器
46  燃烧管线
48  模型
50  基础输入
52  主输出
54  扩展输出
56  调整输入
58  误差修正系统
62  比较
64  差异信号
66  KFGM
68  误差修正系数
70  系数
72  (MSM) (a, h)
74  模型
76  分析
78  归一化
80  计算
82  求和
84  系数
86  去归一化
88  乘数。
具体实施方式
现将详细参考本发明的实施例，其一个或更多实例在附图中示出。各实例作为本发明的解释而非本发明的限制而提供。事实上，对本领域的技术人员而言明显的是，可以在本发明中做出各种改型和变型而不偏离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一实施例联用以产生再又一实施例。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等价物范围内的此类改型和变型。
总体而言，本发明主题公开了采用自适应燃气轮机模型来估测运行的燃气轮机的运行参数的燃气轮机控制系统和方法。具体而言，该燃气轮机模型可构造成估测未由传感器直接测量或感测的燃气轮机的运行参数，以用于在控制算法中使用。另外，该燃气轮机模型可构造成估测被直接测量或感测的燃气轮机的运行参数，然后可将这些运行参数与此类参数的相应测定或感测到的值进行比较。根据本文提供的公开内容，这种估测参数与实际参数的比较然后可用于在燃气轮机继续运行时自动调整模型。
例如，在若干个实施例中，燃气轮机模型可接收作为输入参数的测定运行条件(例如环境压力、环境温度、进口压差、排放压差、环境特定湿度、压缩机进口温度、进口导叶角度、进口放气热流量、燃料流量、燃料温度、发电机速度、一级喷嘴面积、发电机功率系数和/或类似参数)。燃气轮机模型然后可生成用于燃气轮机的估测运行参数。具体而言，根据本发明主题的方面，该模型可生成一个或更多估测燃烧产物参数(例如热气体路径内存在的氧气、二氧化碳、氩气、一氧化碳、氮气和/或水的浓度)以及其它估测运行参数(例如排气温度、压缩机排出压力、压缩机排出温度和/或类似参数)。估测运行参数然后可协同相应的测定运行参数用于控制燃气轮机。例如，可将测定和估测的运行参数输入到控制调度表，以设定燃气轮机运行状态(例如期望的涡轮排气温度、总燃烧器燃料流量、燃料分流调度表、进口放气热流量和/或类似状态)。另外，测定和估测运行参数可用于评估模型的精度和/或调整模型，如下文将描述的。
通过利用燃烧产物参数及其它运行参数，可控制燃气轮机和/或可调整涡轮的模型而不需要直接的功率测量。因此，所公开的系统和方法可有利地与直接功率测量不可用和/或难以获得的发电系统一起使用。例如，在若干个实施例中，本发明主题可与联合循环发电系统(例如单轴联合循环系统)内包括的燃气轮机一起使用。然而，应了解，所公开的系统和方法通常可与任何合适的发电系统一起使用，包括其中直接功率测量可用的燃气轮机系统(例如使用联接到涡轮轴上的扭矩计来测量功率输出的多轴或单轴发电系统)。例如，燃烧产物参数可与直接功率测量值一起用于进一步增强对发电系统的控制和/或提高燃气轮机模型的精度。
如下文将描述的，可使用卡尔曼滤波器来定期、自动和实时调整燃气轮机模型。一般而言，卡尔曼滤波器可接收指示来自各种传感器的测定的运行参数与从模型输出的估测运行参数之间的差异的输入信号。卡尔曼滤波器也可接收作为输入的卡尔曼滤波器增益矩阵(KFGM)，该增益矩阵通常对应于代表模型估测参数对模型性能乘数上的变化的不确定性加权灵敏度的数值阵列。具体而言，可通过数学方程阵列来计算KFGM。这些方程可接收作为输入的模型灵敏度矩阵(MSM)以及模型和测量不确定性的估测值。可通过控制常驻燃气轮机模型的扰动和评估来实时在线计算MSM。卡尔曼滤波器可使用所供应的输入来生成性能乘数，该性能乘数然后可用于调整模型并提高估测燃气轮机参数的精度。例如，卡尔曼滤波器可优化乘数值，以使估测运行参数与测定运行参数之间的差异最小化。
通过使用卡尔曼滤波器，燃气轮机模型可适应实际燃气轮机的变化的效率、流量和其它参数。具体而言，卡尔曼滤波器生成的输出性能乘数使模型适合于更好地匹配燃气轮机的测定参数。另外，卡尔曼滤波器调整模型，以例如解决燃气轮机在长期运行期间出现的构件效率的劣化、稀释流和空气流量的变化。
应了解，由于在线和实时计算MSM和KFGM，所以卡尔曼滤波器结构也可能够适应可用的传感器的数量和可用于与模型的估测输出参数进行比较的测定输出参数的类型的变化。例如，当诸如由于传感器失效而不再测量燃气轮机的运行参数时，可对卡尔曼滤波器结构进行修改，以解决测定参数的损失，并因此可基于燃气轮机的其余测定条件来继续生成性能乘数。
现参照附图，图1示出了联合循环发电系统10的一个实施例的简化示意图。总体而言，系统10可包括燃气轮机12和构造成驱动发电机(或其它负载)的蒸汽轮机14。具体而言，如图1中所示，燃气轮机12、蒸汽轮机14和发电机16可沿单个驱动轴18串联布置。然而，在备选实施例中，系统10可具有多轴构造，其中燃气轮机12和蒸汽轮机14可联接到单独的轴上，以便驱动单独的负载(例如单独的发电机16)。应了解，尽管将系统10示出为包括单个燃气轮机12和单个蒸汽轮机14，但联合循环发电系统10通常可包括任何数量的燃气轮机12和/或蒸汽轮机14。
一般而言，燃气轮机12可包括压缩机20、一个或更多燃烧器22和驱动地联接到压缩机20上的涡轮24。在燃气轮机12运行期间，压缩机20向燃烧器22供应压缩空气。压缩空气与燃料混合并在燃烧器22内燃烧，并且热燃烧气体从燃烧器22流向涡轮24，以便使涡轮24转动并例如通过驱动发电机16而做功。
此外，燃气轮机12可包括构造成向压缩机20供给环境空气和可能喷射的水的引入管26。引入管26可具有造成流过进口26并进入压缩机的一个或更多进口导叶28的环境空气的压力损失的管、过滤器、筛网和/或吸音装置。此外，燃气轮机12可包括构造成从涡轮24的出口引导燃烧气体的排放管30。排放管30可包括吸音材料和向涡轮24施加背压的排放控制装置。进口压力损失的量和背压可由于向管26、30增加构件和/或由于堵塞引入管26和排放管30的灰尘和/或污垢而随着时间变化。
如图1中所示，联合循环发电系统10可包括布置在燃气轮机12下游的热回收蒸汽发生器(HRSG)系统32。如通常应理解的，HRSG系统32可构造成接收通过排放管30离开涡轮24的经加热的排气。被引导到HRSG系统32的排气又可被用作用于生成用来驱动蒸汽轮机14的高压、高温蒸汽的热源。例如，HRSG系统32可包括用于向蒸汽轮机14的相应高压、中压和低压涡轮供应蒸汽的高压、中压和低压蒸发器和加热器(未示出)。因此，由HRSG系统32产生的蒸汽可驱动蒸汽轮机14，以允许提取另外的功，以便驱动发电机16。
此外，联合循环发电系统10还可包括控制器34。一般而言，控制器34可包括能够如文中所述起作用的任何合适的处理单元(例如计算机或其它计算装置)。例如，在若干个实施例中，控制器34可包括通用电气SPEEDTRONIC燃气轮机控制系统，诸如GE Industrial & Power Systems of Schenectady, N.Y.出版的Rowen, W. I., “SPEEDTRONIC Mark V Gas Turbine Control System,” GE-3658D中所述。应了解，尽管控制器34通常将在文中被描述为控制燃气轮机12的运行，但控制器34也可构造成控制系统10的任何其它构件诸如蒸汽轮机14、发电机16和/或HRSG系统32(如虚线所示)的运行。
控制器34通常可包括一个或更多处理器，该处理器执行程序，诸如存储在控制器的存储器中的计算机可读指令，以使用传感器输入和来自人类操作员的指令控制燃气轮机12(和/或系统10的任何其它构件)的运行。例如，由控制器34执行的程序可包括用于调节通往燃烧器22的燃料流量的调度算法。作为另一实例，由控制器34生成的命令可使燃气轮机上的致动器例如调节燃料供应源与燃烧器22之间调节流向燃烧器22的燃料的流量、燃料分流和类型的阀(例如致动器36)，调节压缩机20的进口导叶28(例如通过使用致动器38)的角度，和/或启动用于燃气轮机12的其它控制设置。
调度算法可使控制器34能够将例如涡轮排气中的NOx和CO排放物维持在特定的预定排放极限内，并将燃烧器点火温度维持在预定温度极限内。因此，应了解，调度算法可采用各种运行参数作为输入。控制器34然后可应用算法来调度燃气轮机12(例如设定期望涡轮排气温度和燃烧器燃料分流)，以便满足性能目标同时遵循燃气轮机12的可操作性边界。
仍参照图1，系统10还包括燃料控制系统40，该燃料控制系统构造成调节从燃料供应源流向燃烧器22的燃料、流入主燃料喷嘴和辅助燃料喷嘴的燃料之间的分流和/或与流入燃烧器22的燃烧室的辅助空气混合的燃料的量。燃料控制系统40也可适合于选择用于燃烧器22的燃料的类型。应了解，燃料控制系统40可构造为分开的单元或者可包括主涡轮控制器34的构件。
另外，在本发明主题的若干个实施例中，燃气轮机12的运行可由检测燃气轮机的各种运行参数和周围环境的多个传感器42监视。在许多例子中，可采用两个或更多传感器42来测量相同的运行参数。例如，多个冗余温度传感器42可监视环境空气温度、压缩机进口温度、压缩机排放温度、涡轮排气温度、燃料温度和/或流过燃气轮机12的流体的其它温度。类似地，多个冗余压力传感器42可监视环境空气压力以及压缩机进口和出口处、涡轮排放口处和流体流过燃气轮机12的其它位置处的静态压力和动态压力水平。此外，多个冗余湿度传感器42(例如干湿球温度计)可测量压缩机20的引入管26内的环境特定湿度。此外，多个冗余传感器42还可包括流量传感器(例如燃料流量传感器、进口放气热流量传感器和/或类似传感器)、速度传感器(例如涡轮轴速度传感器)、火焰探测器传感器、阀位置传感器、导叶角度传感器和/或感测燃气轮机12的运行固有的各种其它参数的类似传感器。
另外，系统10可包括用于测量燃气轮机12的燃烧产物参数的一个或更多燃烧产物传感器44。如文中所用，术语“燃烧产物参数”指的是可用于定义燃气轮机12的热气体路径内由于燃烧过程而存在的元素和/或化合物中的一种或更多的运行条件的项。例如，在若干个实施例中，燃烧产物参数可对应于热气体路径内存在的元素和/或化合物中的一种或更多的浓度，诸如在沿热气体路径的特定位置处的氧气、二氧化碳、氩气、一氧化碳、氮气、水和/或类似物的浓度。在此类实施例中，燃烧产物传感器44通常可包括构造成测量或以其它方式感测此类元素和/或化合物的浓度的任何合适的感测装置，诸如氧传感器、二氧化碳传感器、氩传感器、一氧化碳传感器、氮传感器、水蒸气传感器和/或类似传感器。
应了解，为了对燃烧产物参数中的一个或更多进行测量，燃烧产物传感器44通常可布置在燃气轮机12的燃烧点46下游的任何合适的位置(即最初发生燃烧的燃烧器22内的特定位置(例如燃烧器22的燃烧室内))。因此，在若干个实施例中，燃烧产物传感器44可布置在燃气轮机12内的各种位置，诸如位于燃烧器22的一部分上或其内(例如燃烧器22的过渡件、涡轮24和/或排放管30上或其内，和/或位于燃气轮机12下游的各种位置，诸如HRSG系统32上或其内)。
还应了解，如文中所用，术语“参数”指的是可用于定义燃气轮机12的运行条件的项，诸如在燃气轮机12中的规定位置处的温度、压力、气体流量、气体浓度、涡轮速度、湿度等。一些参数可进行测量(例如使用传感器42、44)并因此可直接获知。其它参数可使用燃气轮机模型来估测，并因此可间接获知。测定和/或估测参数通常可用于代表给定的涡轮运行状态。
此外，应了解，上述联合循环发电系统10仅作为可有利地使用本发明主题的示例性发电系统的一个实例提供。因此，所公开的燃气轮机控制系统应该无需局限于任何特定类型的发电系统。
现参照图2，根据本发明主题的方面示出了燃气轮机12(例如上述燃气轮机12)和构造成实时电子地模拟燃气轮机12的若干个运行参数的自适应实时发动机模拟模型48(ARES)的一个实施例的高级别框图。如图所示，燃气轮机12具有文中被称为“基础输入”(ū)50的若干个可观测参数。基础输入50可由传感器(例如传感器42、44)直接测量并且可包括(而不限于)：环境条件，诸如环境空气压力(PAMB)和环境空气温度(TAMB)；进口压差(DP-inlet)(即环境空气压力与离开引入管26并进入压缩机20的空气的压力之间的压差)；排放压差(DP-exhaust)(即环境空气压力与流过排放管30的排气的压力之间的压差)；环境空气的特定湿度(SPHUM)；压缩机进口温度(CTIM)；进口导叶28的角度(IGV)；进口放气热流量(IBH)(即重新引导到压缩机进口的压缩机流量的百分比)；供应到燃烧器22的燃料的流速(W-FUEL)；燃料的温度(T-FUEL)；涡轮轴的转速(SPEED)；涡轮24的一级喷嘴的有效面积(S1NA)；以及发电机16的功率系数(PFACT)。
所列的基础输入50是示例性的且仅为了说明可收集的感测到的输入的一个实例而提供。因此，应了解，模型48的特定基础输入50并非本公开内容的范围并且可根据例如所使用的控制器34的类型、所应用的特定模型48和/或可在特定的燃气轮机装置获得的传感器(42，44)而变化。
还应了解，术语“基础的”并非暗示或要求上述测定的参数中的每一者都必须被输入到文中公开的燃气轮机模型48中或者任何这种燃气轮机模型48都必须具有这些输入。因此，基础输入50可仅包括上述测定的参数中的一部分和/或可包括燃气轮机12的其它测定的运行参数。术语基础输入50仅表示对于文中公开的模型48的特定实施例而言，这些输入可从实际涡轮条件的测量取得并且可作为输入应用于模型48。
如图2中所示，基础输入50可被输入到模型48中并且可由模型48用于生成对应于燃气轮机12的预测运行参数的输出值(?和?ext)52、54。具体而言，输出值可包括可与燃气轮机12的相应测定运行参数(?)56(即调整输入)进行比较的主模型输出(?)52。另外，模型输出值可包括对应于未直接测量的预测燃气轮机参数(例如期望燃料流速、功率输出等)的扩展模型输出(?ext)54。扩展模型输出54可由控制器34用于诸如通过应用期望燃料流速来控制通往燃烧器22的实际燃料流速来运行和/或控制燃气轮机12。
为了确保模型输出(?和?ext)52、54精确地预测燃气轮机12的运行参数，主模型输出52和它们相应的调整输入56可应用于构造成自动和定期调整模型48的误差修正系统58。模型输出52、54然后可用于控制燃气轮机12、计划维护和/或预测燃气轮机12的性能。
如所图示的实施例中所示，主模型输出52可包括但不限于燃气轮机12的模型燃烧产物参数(PCOM_MOD)(例如热气体路径内的氧气、二氧化碳、氩气、一氧化碳、氮气和/或水的模拟浓度)、模型涡轮排放温度(TTXM_MOD)、模型压缩机排出压力(CPD_MOD)和模型压缩机排出温度(CTD_MOD)。然而，在备选实施例中，应了解，主模型输出52可包括模型燃烧产物参数(PCOMB_MOD)和既可由模型48预测又可使用布置在燃气轮机12上或其内的一个或更多传感器测量的任何其它合适数量和/或组合的运行参数。还应了解，如果例如传感器失效并且对应于主模型输出52的调整输入56不再可用于比较，则主模型输出52可在燃气轮机12的运转期间变化。
如上所述，主模型输出52中的每一个都可对应于燃气轮机12的测定或感测到的操作参数(?)54(即调整输入)。例如，在所示实施例中，调整输入56包括实际燃烧产物参数(PCOMB_A)(例如热气体路径内的氧气、二氧化碳、氩气、一氧化碳、氮气和/或水的测定浓度)、实际涡轮排放温度(TTXM_A)、实际压缩机排出压力(CPD_A)和实际压缩机排出温度(CTD_A)。这些调整输入56中的每一者都可基于监视燃气轮机12的相应实际参数的传感器(例如传感器42、44)的输出信号。如上所述，多个冗余传感器可观测每一个测定的参数。此外，应了解，调整输入56可因燃气轮机而异。因此，可基于例如所使用的控制器34的类型、所应用的特定模型48和/或可在特定燃气轮机装置获得的传感器(42，44)来选择调整输入56。
还应了解，模型48通常可包括燃气轮机12的计算机实施的数学模型。例如，模型48可包括主模型输出52和扩展模型输出54的数学表示的布置结构，其中这些表示中的每一个都依赖于输入值(例如基础输入32)来生成模型输出38、40中的一个或更多的估测值。具体而言，在若干个实施例中，模型48可包括燃气轮机12的基于物理的航空热力学计算机模型、燃气轮机12的回归拟合模型、燃气轮机12的神经网模型、或燃气轮机12的任何其它合适的数学模型。还应了解，这种模型48的开发完全在本领域的普通技术人员的能力范围内，因此无需在文中描述。
仍参照图2，如上所述，可将主模型输出52与调整输入56进行比较，以便调整模型48。具体而言，主模型输出52和调整输入56可被归一化46，以生成归一化模型输出(?)和归一化调整输出(?)。然后可将相应的每一对归一化输出(?, ?)进行比较62(例如，可将PCOMB_MOD与PCOMB_A进行比较)，以生成差异信号(Δ(?, ?))64，诸如(Δ(PCOMB_MOD, PCOMB_A))。差异信号64通常可表示模型输出参数52相对于调整输入56的误差。
应了解，在若干个实施例中，可存在对应于主模型输出52中的每一个的至少一个差异信号64和/或可存在对应于测量调整输入56的特定参数的冗余传感器中的每一个的差异信号64。此外，应了解，每个主模型输出52可能需要至少一个调整输入52来生成差异信号64。因此，如果调整输入52中的一个或更多不可用(例如由于失效的传感器)，则可生成相应的差异信号50，但误差修正系统58仍可运行以调整模型48。
此外，卡尔曼滤波器增益矩阵(KFGM-K)66可接收作为输入的差异信号64，以便生成可用于调整燃气轮机模型48的归一化修正系数调节(?)68。如图3中所示，KFGM66可应用调整系数70来调节差异信号64并生成归一化修正系数68。在一个实施例中，较大数量的差异信号64(例如用于每个调整输入54的冗余传感器输出)可使KFGM66能够生成可用于精确地调整模型48并确保模型58生成精确的输出值52、54的归一化修正系数68。
应了解，差异信号64的损失可降低(但不消除)KFGM66调整模型48的能力。具体而言，KFGM66的自适应能力可使它能够使用一组减少的差异信号64来继续调整模型48。为了在差异信号64中的一个或更多不可用时自动调整模型48，可对KFGM66进行修改，以解决差异信号64的损失。因此，即使传感器失效并且与可观测的运行参数有关的调整输入数据不可用时，燃气轮机12也可继续运行并被自动调整。
现参照图3，根据本发明主题的方面示出了可借以形成KFGM66的机制的一个实施例。如图所示，可通过将一系列输入诸如基础输入50和一系列扰动性能乘数(?prt)(例如扰动的修正和归一化差异信号64)应用于燃气轮机模型74(例如模型48)来确定模型灵敏度矩阵(MSM)(a，h)72。模型74的主输出的灵敏度可通过偏导数分析76来确定。此外，灵敏度值可被归一化78，以形成MSM(a，h)72。MSM72可应用于在线滤波器增益计算80(例如卡尔曼滤波器方程)，以确定可应用于对应于测定的调整输入56与由模型48预测的相应值52之间的差异的差异信号64的最佳调整系数70(例如增益值)的矩阵。
图3中示出了用于在线滤波器增益计算80的卡尔曼滤波器方程。本领域的普通技术人员公知使用此类方程作为最佳递归数据处理算法。
如图3中所示，KFGM66可接收可应用于差异信号64的一个或更多调整系数70，以生成归一化修正系数调节68。然后可将归一化修正系数68与现有归一化修正系数(Z-1)84求和，以对当前修正修正系数68与现有修正系数84之间的差异进行平均。然后可使平均后的修正系数去归一化86，以产生性能乘数88(也是去归一化的修正系数)，该性能乘数可包括例如构件效率，诸如压缩机效率系数(KCMP_ETA)和涡轮效率系数(KTRB_ETA)，以及流量，诸如压缩机流量系数(KCMP_FLW)和热量消耗系数(KF_FLW)(例如预测热量消耗与实际热量消耗的比率)。去归一化的修正系数88然后可应用于燃气轮机模型48作为例如可应用于模型燃气轮机12并生成模型输出52、54的方程和/或算法的乘数。具体而言，去归一化的修正系数88可通过调节方程和/或算法使得它们生成精确地代表燃气轮机12的实际运行的模型输出52、54来调整模型48。模型输出52、54然后可用于确定通往燃气轮机12的燃料和空气流量，以确定通往燃气轮机12的其它控制输入，确定燃气轮机12的功率输出，和/或确定燃气轮机12的任何其它运行参数。
本发明主题的技术效果是燃气轮机的改进的控制、性能和/或运行。具体而言，通过在线和实时调整燃气轮机模型48，可增强燃气轮机的控制、性能和/或运行。
此书面描述使用了包括最佳模式在内的实例来公开本发明，并且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并利用任何装置或系统并且执行任何所结合的方法。本发明可取得专利权的范围通过权利要求来限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例包括并未不同于权利要求的文字语言所描述的结构元件，或者它们包括与权利要求的文字语言无实质性区别的等同结构元件，则认为此类其它实例包含在权利要求的保护范围内。

Claims (20)

1. 一种用于模拟燃气轮机的运行的方法，所述方法包括：
感测燃气轮机的多个第一运行参数的值；
将所述多个第一运行参数的感测到的值应用于所述燃气轮机的模型，以生成多个预测运行参数，所述多个预测运行参数包括至少一个预测燃烧产物参数；
确定所述多个预测运行参数与所述燃气轮机的相应多个感测到的第二运行参数之间的差值，所述多个感测到的第二运行参数包括至少一个感测到的燃烧产物参数；
将误差修正系统应用于所述差值，以确定修正系数；以及
使用所述修正系数来调节所述燃气轮机的所述模型。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个预测燃烧产物参数和所述至少一个感测到的燃烧产物参数每一个都包括所述燃气轮机内的氧气浓度、二氧化碳浓度、氩气浓度、一氧化碳浓度、氮气浓度和水浓度中的至少一个。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括感测所述多个感测到的第二运行参数的值。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，感测所述多个感测到的第二运行参数的值包括使用至少一个燃烧产物传感器来感测所述至少一个感测到的燃烧产物参数。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少一个燃烧产物传感器布置在所述燃气轮机的燃烧点下游。
6. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少一个燃烧产物传感器包括氧传感器、二氧化碳传感器、氩传感器、一氧化碳传感器、氮传感器和水蒸气传感器中的至少一个。
7. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，感测所述多个感测到的第二运行参数的值包括感测所述至少一个感测到的燃烧产物参数以及涡轮排放温度、压缩机排出压力和压缩机排出温度中的至少一个。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述多个预测运行参数与所述燃气轮机的相应多个感测到的第二运行参数之间的差值包括确定所述至少一个预测燃烧产物参数与所述至少一个感测到的燃烧产物参数之间的差值。
9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，感测燃气轮机的多个第一运行参数的值包括感测环境压力、进口压差、排放压差、环境特定湿度、环境温度、压缩机进口温度、进口导叶角度、进口放气热流量、燃料流量、燃料温度、发电机速度、一级喷嘴面积和发电机功率系数中的至少一个。
10. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将误差修正系统应用于所述差值以确定修正系数包括将卡尔曼滤波器增益矩阵应用于所述差值的扰动值以确定所述修正系数。
11. 一种用于模拟燃气轮机的运行的方法，所述方法包括：
使用所述燃气轮机的模型来确定至少一个预测燃烧产物参数；
感测至少一个感测到的燃烧产物参数；
确定所述至少一个预测燃烧产物参数与所述至少一个感测到的燃烧产物参数之间的差值；
将误差修正系统应用于所述差值，以确定修正系数；以及
使用所述修正系数来调节所述燃气轮机的所述模型。
12. 一种用于模拟燃气轮机的系统，所述系统包括：
多个传感器，其构造成感测燃气轮机的多个第一运行参数和多个第二运行参数的值，所述多个第二运行参数包括至少一个感测到的燃烧产物参数；
与所述多个传感器通信联接的控制器，所述控制器构造成基于所述多个第一运行参数的感测到的值和多个修正系数而生成预测运行参数，所述控制器还构造成确定所述多个预测运行参数与所述多个第二运行参数的感测到的值之间的差值，所述控制器还构造成将误差修正系统应用于所述差值以便生成所述多个修正系数。
13. 根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述多个传感器包括至少一个燃烧产物传感器，所述至少一个燃烧产物传感器布置在所述燃气轮机的燃烧点下游。
14. 根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述至少一个燃烧产物传感器包括氧传感器、二氧化碳传感器、氩传感器、一氧化碳传感器、氮传感器和水蒸气传感器中的至少一个。
15. 根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述多个预测运行参数包括至少一个预测燃烧产物参数。
16. 根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述至少一个预测燃烧产物参数和所述至少一个感测到的燃烧产物参数每一者都包括所述燃气轮机内的氧气浓度、二氧化碳浓度、氩气浓度、一氧化碳浓度、氮气浓度和水浓度中的至少一个。
17. 根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述控制器包括所述燃气轮机的数学模型，所述控制器构造成使用所述数学模型来生成所述多个预测运行参数。
18. 根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述控制器还构造成使用所述多个修正系数来调节所述数学模型。
19. 根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述误差修正系统包括由所述控制器生成的卡尔曼滤波器增益矩阵。
20. 根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述控制器包括所述燃气轮机的涡轮控制器。
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