CN104727953A - 一种燃气轮机执行机构调节方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃气轮机执行机构调节方法，包括：通过执行机构接收控制器发送的指令信号；根据指令信号对执行机构的位置进行反馈；根据执行机构接收的控制器发送的指令信号以及对执行机构反馈的位置，分析得到执行机构的故障情况；通过数字校正技术对执行机构反馈的位置信息进行修正。本发明具有控制精度高，抗干扰能力强，易于实施等有益效果。本发明还公开了一种燃气轮机执行机构调节装置。

Description

一种燃气轮机执行机构调节方法与装置

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种燃气轮机执行机构调节方法与装置。

背景技术

目前，燃气轮机的升/降转速和负荷主要是通过调节燃料量和压气机进口导叶角IGV来实现的，而燃料量和IGV的调整又离不开执行机构的调节，因此执行机构调节的精度和动态品质对整个燃气轮机控制系统性能起着至关重要的作用。而目前燃气轮机的执行机构均采用开环控制，即控制器根据燃气轮机的运行状态按一定的控制规律计算出执行机构指令，如燃料量后，会根据执行机构及燃料特性给出执行机构的具体的指令信号，如燃料控制阀的开度百分比，同时通过执行机构上的测量装置如线性位移传感器LVDT反馈当前执行机构的实际位置，如果当前执行机构的实际位置与指令信号差别较大，则给出相应等级的警告信号。以燃气轮机的天然气燃料系统中的控制阀门为例，其结构图如图1所示，其天然气燃料的流量主要通过压力调节阀和控制阀来实现，压力调节阀是保证控制阀前气体压力恒定，然后控制阀通过调节阀门开度来达到调节天然气流量，具体过程为：控制器根据燃气轮机测量得到的传感器信号，通过燃料控制规律给出控制阀的阀门开度指令信号，同时阀门也会通过阀门上装有的线性位移传感器LVDT反馈当前阀门开度到控制器中，控制器再根据给出的阀门开度指令信号和当前阀门开度位置在阀门故障诊断模块中进行一系列的比较，判断阀门是否故障，输出相应的警告信号到操控界面或者相关硬件警告设备中。

现有技术的缺陷在于由于采用开环控制，执行机构的精度不高，虽然执行机构收到了控制器的指令信号，但在具体的执行过程，由于执行机构本身的机械特性，如惯性、燃料阻力和信号噪声等各种原因导致执行机构最终实际开度与指令信号存在一定偏差。此外，一些特定的执行机构如控制阀，由于工作在高压和高应力条件下，其特性还会随着运行时间而发生磨损，会导致精度进一步恶化。这类问题会使得燃气轮机控制系统设计或者维修过程中不得不进行降性能调整，影响了燃气轮发电机组的效率，给电厂带来经济损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种具有高精度和抗干扰能力强的燃气轮机执行机构调节方法与装置，其可以根据执行机构指令信号和当前实际位置，通过加入数字校正技术来不断实时修正执行机构实际位移，使得执行机构调节可以达到高精度和抗干扰性能强的目的。

为此目的，本发明提出了一种燃气轮机执行机构调节方法，包括具体以下步骤：

S1：执行机构接收控制器发送的指令信号；

S2：根据所述指令信号对所述执行机构的位置进行反馈；

S3：根据所述执行机构接收的所述控制器发送的所述指令信号以及对所述执行机构反馈的位置，分析得到所述执行机构的故障情况；

S4：通过数字校正技术对所述执行机构反馈的位置信息进行修正。

具体地，所述执行机构包括：燃气轮机调节机构、燃料控制阀、进口导叶角系统中的油动机和/或进气加热控制阀。

具体地，所述指令信号的获取具体为：根据燃气轮机传感器测量信号，通过控制算法计算得到所述执行机构的所述指令信号。

具体地，所述指令信号包括：燃料量指令以及进口导叶角指令。

具体地，所述步骤S4具体包括：通过数字校正技术公式：

$U_{\mathrm{ref}}=(U{(t-1)}_{\mathrm{ref}}-U{(t-1)}_{\mathrm{ctrl}})\×\frac{K_1\×(T_{1}s+1)}{(T_{2}s+1)}+U_{\mathrm{ctrl}}$

对所述执行机构反馈的位置信息进行修正，

其中，U_ref表示最终的输出到执行机构的控制指令，U_ctrl表示控制规律计算出的控制指令，U(t-1)_ref和U(t-1)_ctrl分别为U_ref和U_ctrl上一时刻的值，K₁，T₁和T₂分别为校正参数，其取值取决具体的执行机构。

具体地，所述执行机构校正参数的取值具体为：通过所述执行机构的输入输出信号，得到所述执行机构的一阶惯性模型U_mod：

$U_{\mathrm{mod}}=\frac{1}{(2.3s+1)};$

确定校正参数T₁和T₂参数：

$U_{\mathrm{mod}}\×\frac{(T_{1}s+1)}{(T_{2}s+1)}=1;$

通过不断修正该参数的大小，确定校正参数K₁。

为此目的，本发明还提出了一种燃气轮机执行机构调节装置，包括：

指令信号接收模块，用于执行结构接收控制器发送的指令信号；

反馈模块，用于根据所述指令信号对所述执行机构的位置进行反馈；

故障情况分析模块，用于根据所述执行机构接收的所述控制器发送的所述指令信号以及对所述执行机构反馈的位置，分析得到所述执行机构的故障情况；

修正模块，用于通过数字校正技术对所述执行机构反馈的位置信息进行修正。

具体地，所述执行机构包括：燃气轮机调节机构、燃料控制阀、进口导叶角系统中的油动机和/或进气加热控制阀。

具体地，所述指令信号的获取具体为：根据燃气轮机传感器测量信号，通过控制算法计算得到所述执行机构的所述指令信号。

具体地，所述指令信号包括：燃料量指令以及进口导叶角指令。

本发明公开一种燃气轮机执行机构调节方法，通过执行机构接收控制器发送的指令信号；根据指令信号对执行机构的位置进行反馈；根据执行机构接收的控制器发送的指令信号以及对执行机构反馈的位置，分析得到执行机构的故障情况；通过数字校正技术对执行机构反馈的位置信息进行修正。本发明具有控制精度高，可以保证阀门的实际开度能精确的跟随阀门的指令值，从而可以更好的提高整个控制系统的性能；抗干扰能力强，即使控制阀门因为损耗，其惯性和时滞特性发生了偏移，仍然可以很好的校正过来，从而延长了控制阀的使用寿命；易于实施，对控制阀的精度和抗干扰的改进是通过调整控制器中的控制规律，即软件更新来实现，无需改动控制阀门和整个控制系统，因此实施成本低、维修起来也非常方便。本发明还公开了一种燃气轮机执行机构调节装置。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了现有技术下燃气轮机天然气控制阀示意图；

图2示出了本发明实施例中的一种燃气轮机执行机构调节方法的步骤流程图；

图3示出了本发明实施例中的一种燃气轮机执行机构调节装置的结构框图；

图4示出了本发明另一实施例中的一种燃气轮机执行机构示意图；

图5示出了本发明实施例中的一种燃气轮机执行机构调节装置中的燃气轮机天然气控制阀调节精度效果图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

为了更好的理解与应用本发明提出的一种燃气轮机执行机构调节方法与装置，以如下附图示例进行详细说明。

如图2所示，本发明提供了一种燃气轮机执行结构调节方法，包括具体以下步骤：

步骤S1：执行机构接收控制器发送的指令信号，其中，执行机构包括：燃气轮机调节机构、燃料控制阀、进口导叶角系统中的油动机和/或进气加热控制阀。由此，提高了执行机构的多样性。

进一步地，指令信号的获取具体为：根据燃气轮机传感器测量信号，通过控制算法计算得到执行机构的指令信号，其中，指令信号包括：燃料量指令以及进口导叶角指令。

步骤S2：根据指令信号对执行机构的位置进行反馈。例如，当前阀门开度以及油动机当前位置。由此，提高了根据指令信号对执行机构位置进行反馈的实时性与准确性。

步骤S3：根据执行机构接收的控制器发送的指令信号以及对执行机构反馈的位置，分析得到执行机构的故障情况。

步骤S4：通过数字校正技术对执行机构反馈的位置信息进行修正。

具体地，通过数字校正技术公式：

$U_{\mathrm{ref}}=(U{(t-1)}_{\mathrm{ref}}-U{(t-1)}_{\mathrm{ctrl}})\×\frac{K_1\×(T_{1}s+1)}{(T_{2}s+1)}+U_{\mathrm{ctrl}}$

对执行机构反馈的位置信息进行修正。

其中，U_ref表示最终的输出到执行机构的控制指令，U_ctrl表示控制规律计算出的控制指令，U(t-1)_ref和U(t-1)_ctrl分别为U_ref和U_ctrl上一时刻的值，K₁，T₁和T₂分别为校正参数，其取值取决具体的执行机构。

进一步地，执行机构校正参数的取值具体为：通过执行机构的输入输出信号，得到执行机构的一阶惯性模型U_mod：

$U_{\mathrm{mod}}=\frac{1}{(2.3s+1)}$

确定校正参数T₁和T₂参数：

$U_{\mathrm{mod}}\×\frac{(T_{1}s+1)}{(T_{2}s+1)}=1$

因此如上述某型燃气轮机天然气控制阀为例，则T₁＝2.3，T₂＝0。在实际过程中，如果T₂＝0，则校正系数为K₁*(2.3s+1)，在数字控制器中很难离散化实现，因此通常保证上述式子约等于1，即取值T₂＝0.1即可。

确定校正参数K₁，可以采用试错法，通过不断修正该参数的大小，来保证阀门的调节速度和精度最好。

本发明公开一种燃气轮机执行机构调节方法，通过执行机构接收控制器发送的指令信号；根据指令信号对执行机构的位置进行反馈；根据执行机构接收的控制器发送的指令信号以及对执行机构反馈的位置，分析得到执行机构的故障情况；通过数字校正技术对执行机构反馈的位置信息进行修正。本发明具有控制精度高，可以保证阀门的实际开度能精确的跟随阀门的指令值，从而可以更好的提高整个控制系统的性能；抗干扰能力强，即使控制阀门因为损耗，其惯性和时滞特性发生了偏移，仍然可以很好的校正过来，从而延长了控制阀的使用寿命；易于实施，对控制阀的精度和抗干扰的改进是通过调整控制器中的控制规律，即软件更新来实现，无需改动控制阀门和整个控制系统，因此实施成本低、维修起来也非常方便。

为了更好的理解与应用本发明提出的一种燃气轮机执行机构调节方法，本发明从上述方法中抽象出一种燃气轮机执行机构调节装置。

如图3所示，本发明提供了一种燃气轮机执行机构调节装置10，包括：指令信号接收模块101、反馈模块102、故障情况分析模块103以及修正模块104。

具体地，指令信号接收模块101用于执行结构接收控制器发送的指令信号，其中，执行机构包括：燃气轮机调节机构、燃料控制阀、进口导叶角系统中的油动机和/或进气加热控制阀。由此，提高了执行机构的多样性。

进一步地，指令信号的获取具体为：根据燃气轮机传感器测量信号，通过控制算法计算得到执行机构的所述指令信号。其中，指令信号包括：燃料量指令以及进口导叶角指令。由此，提高了获取指令信号的精确性。

反馈模块102用于根据指令信号对执行机构的位置进行反馈；故障情况分析模块103用于根据执行机构接收的控制器发送的指令信号以及对执行机构反馈的位置，分析得到执行机构的故障情况；修正模块104用于通过数字校正技术对执行机构反馈的位置信息进行修正。

本发明公开一种燃气轮机执行机构调节装置，通过指令信号接收模块执行机构接收控制器发送的指令信号；再通过反馈模块根据指令信号对执行机构的位置进行反馈；进一步通过故障情况分析模块根据执行机构接收的控制器发送的指令信号以及对执行机构反馈的位置，分析得到执行机构的故障情况；最终通过修正模块通过数字校正技术对执行机构反馈的位置信息进行修正。本发明具有控制精度高，可以保证阀门的实际开度能精确的跟随阀门的指令值，从而可以更好的提高整个控制系统的性能；抗干扰能力强，即使控制阀门因为损耗，其惯性和时滞特性发生了偏移，仍然可以很好的校正过来，从而延长了控制阀的使用寿命；易于实施，对控制阀的精度和抗干扰的改进是通过调整控制器中的控制规律，即软件更新来实现，无需改动控制阀门和整个控制系统，因此实施成本低、维修起来也非常方便。

为了更好的理解与应用本发明提出的一种燃气轮机执行机构调节装置结合图4-5进行以下示例，且本发明不仅局限以下示例。

具体地，如图4所示，本发明提出的一种燃气轮机执行机构调节装置，在控制器中引入了校正模块，其可以修正执行机构的惯性环节，并可以随着执行机构的磨损情况，进行适当校正；在校正模块中引入小闭环调节，即将执行机构的控制指令和当前位置的误差利用K₁进行小闭环调节，保证了高精度；采用软件实现，即在控制器中添加校正模块的方式，不对原有执行机构增加任何硬件或机械改动。

进一步地，以某重型燃气轮机的一个天然气控制阀为例，首先通过电厂运行数据，得到该执行机构的模型一阶惯性环节为：

$U_{\mathrm{mod}}=\frac{1}{(2.3s+1)}$

在控制器中根据本发明加入校正模块及相应控制逻辑，然后根据校正步骤，得到校正系数T₁＝2.3，T₂＝0.1。通过试错法得到K₁＝10时，其调节效果最佳。模拟控制器给出控制指令，让该控制阀以每秒1％的开度从0开到100％，然后与基于开环控制的现有技术进行效果对比，得到控制精度，即阀门控制指令与阀门实际开度的误差如图3所示。从图5中可以看出，基于本发明的控制精度明显优于现有技术，并且抗干扰能力较强。本发明提出的一种燃气轮机执行机构调节装置，在控制器中引入了校正模块，其可以修正执行机构的惯性环节，并可以随着执行机构的磨损情况，进行适当校正；在校正模块中引入小闭环调节，即将执行机构的控制指令和当前位置的误差利用K₁进行小闭环调节，保证了高精度；采用软件实现，即在控制器中添加校正模块的方式，不对原有执行机构增加任何硬件或机械改动。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例设备中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

本文中所称的“一个实施例”、“实施例”或者“一个或者多个实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或者特性包括在本发明的至少一个实施例中。此外，请注意，这里“在一个实施例中”的词语例子不一定全指同一个实施例。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

此外，还应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种燃气轮机执行机构调节方法，其特征在于，包括具体以下步骤：

S1：执行机构接收控制器发送的指令信号；

S2：根据所述指令信号对所述执行机构的位置进行反馈；

S3：根据所述执行机构接收的所述控制器发送的所述指令信号以及对所述执行机构反馈的位置，分析得到所述执行机构的故障情况；

S4：通过数字校正技术对所述执行机构反馈的位置信息进行修正。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述执行机构包括：燃气轮机调节机构、燃料控制阀、进口导叶角系统中的油动机和/或进气加热控制阀。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述指令信号的获取具体为：根据燃气轮机传感器测量信号，通过控制算法计算得到所述执行机构的所述指令信号。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述指令信号包括：燃料量指令以及进口导叶角指令。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：通过数字校正技术公式：

$U_{\mathrm{ref}}=(U{(t-1)}_{\mathrm{ref}}-U{(t-1)}_{\mathrm{ctrl}})\×\frac{K_1\×(T_{1}s+1)}{(T_{2}s+1)}+U_{\mathrm{ctrl}}$

对所述执行机构反馈的位置信息进行修正，

其中，U_ref表示最终的输出到执行机构的控制指令，U_ctrl表示控制规律计算出的控制指令，U(t-1)_ref和U(t-1)_ctrl分别为U_ref和U_ctrl上一时刻的值，K₁，T₁和T₂分别为校正参数，其取值取决具体的执行机构。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述执行机构校正参数的取值具体为：通过所述执行机构的输入输出信号，得到所述执行机构的一阶惯性模型U_mod：

$U_{\mathrm{mod}}=\frac{1}{(2.3s+1)};$

确定校正参数T₁和T₂参数：

$U_{\mathrm{mod}}\×\frac{(T_{1}s+1)}{(T_{2}s+1)}=1;$

通过不断修正该参数的大小，确定校正参数K₁。

7.一种燃气轮机执行机构调节装置，其特征在于，包括：

指令信号接收模块，用于执行结构接收控制器发送的指令信号；

反馈模块，用于根据所述指令信号对所述执行机构的位置进行反馈；

故障情况分析模块，用于根据所述执行机构接收的所述控制器发送的所述指令信号以及对所述执行机构反馈的位置，分析得到所述执行机构的故障情况；

修正模块，用于通过数字校正技术对所述执行机构反馈的位置信息进行修正。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述执行机构包括：燃气轮机调节机构、燃料控制阀、进口导叶角系统中的油动机和/或进气加热控制阀。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述指令信号的获取具体为：根据燃气轮机传感器测量信号，通过控制算法计算得到所述执行机构的所述指令信号。

10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述指令信号包括：燃料量指令以及进口导叶角指令。