CN105740559A - 一种燃气轮机实时能效寻优方法 - Google Patents

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姚挺生
康新平
赖晓华
孙衍锋
李洪
胡世光
方思远
雷燕龙
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Abstract

本发明涉及一种燃气轮机实时能效寻优方法，包括以下步骤：S1.依据燃气轮机的详细资料及历史指标参数，建立高精度的燃气轮机仿真模型；S2.将燃气轮机实时的指标参数作为燃气轮机仿真模型的输入，并以此完成工况初始化后，实现在该工况的基础上进行仿真运行，并记录燃气轮机仿真模型的输出结果；S3.基于燃气轮机仿真模型的输出结果进行能损分析，引入敏度分析方法来寻找有效减少能损的方法，从而确定最优的指标参数；S4.将最优的指标参数作为燃气轮机仿真模型的输入进行验证。

Description

一种燃气轮机实时能效寻优方法
技术领域
本发明涉及燃气轮机领域，更具体地，涉及一种燃气轮机实时能效寻优方法。
背景技术
燃气轮机进气系统安装有加热、冷却装置，需提前研究其在部分负荷下，不同环境下的机组运行规律，又由于燃气轮机的运行特性与传统燃煤机组有很大的不同，目前我国对燃气机组性能的综合分析及评价尚不完善。燃气机组运行控制规律复杂，存在机组出力受环境影响波动较大、燃机技术封闭、透明度低等问题；同时随着外界需求负荷、环境温度等诸因素变化，燃气轮机出力、效率或热耗率等性能指标亦随之改变，机组常常处于变工况运行状态；除作为燃料的天然气的成分及热值外，机组运行环境以及机组设计方案、运行维护水平的差异，也对机组的实际出力和效率有很大的影响。传统的火电SIS耗差分析方法在燃气电厂并不适用，小指标考核体系在燃气机组上的应用也存在种种不足，并且目前国内针对燃气轮机系统建立的高精度模型及实时能耗指标分析研究尚不完善，在缺乏实时在线监测及性能分析的情况下，机组实际运行工况与设计工况可能存在较大差距，常处于偏离额定或最优工况的情况下运行。此外，机组因设计方案的不同、生产运行及管理水平的差距，其实际发电性能也存在一定差异。
发明内容
本发明为解决以上现有技术的缺陷，提供了一种燃气轮机实时能效寻优方法，该方法通过对燃气轮机建立高精度的仿真模型，对燃气轮机的实时运行情况进行仿真，然后对仿真结果进行能损分析，确定最优的指标参数，并验证最优的指标参数是否正确，实现能效的闭环调节。
为实现以上发明目的，采用的技术方案是：
一种燃气轮机实时能效寻优方法，包括以下步骤：
S1.依据燃气轮机的详细资料及历史指标参数，建立高精度的燃气轮机仿真模型；
S2.将燃气轮机实时的指标参数作为燃气轮机仿真模型的输入，并以此完成工况初始化后，实现在该工况的基础上进行仿真运行，并记录燃气轮机仿真模型的输出结果；
S3.基于燃气轮机仿真模型的输出结果进行能损分析，引入敏度分析方法来寻找有效减少能损的方法，从而确定最优的指标参数；
S4.将最优的指标参数作为燃气轮机仿真模型的输入进行验证。
优选地，所述敏度分析方法通过计算各指标参数对机组能效影响的大小，确定指标参数调整方向从而确定最优指标参数。
优选地，所述步骤S3中，确定指标参数调整方向后，对包含在调整方向内的指标参数进行安全性考核和经济考核，并将安全性考核和经济考核排序最高的指标参数作为最优的指标参数进行输出。
优选地，所述燃气轮机仿真模型基于虚拟DPU技术建立。
优选地，所述燃气轮机仿真模型包括压气机特性模型、燃气透平模型、燃烧室模型、燃气轮机全工况模型。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的方法通过对燃气轮机建立高精度的仿真模型，对燃气轮机的实时运行情况进行仿真，然后对仿真结果进行能损分析，确定最优的指标参数，并验证最优的指标参数是否正确，实现能效的闭环调节。
附图说明
图1为本发明提供的方法的流程图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
如图1所示，本发明提供的燃气轮机实时能效寻优方法包括以下步骤：
S1.依据燃气轮机的详细资料及历史指标参数，建立高精度的燃气轮机仿真模型；
S2.将燃气轮机实时的指标参数作为燃气轮机仿真模型的输入，并以此完成工况初始化后，实现在该工况的基础上进行仿真运行，并记录燃气轮机仿真模型的输出结果；
S3.基于燃气轮机仿真模型的输出结果进行能损分析，引入敏度分析方法来寻找有效减少能损的方法，从而确定最优的指标参数；
S4.将最优的指标参数作为燃气轮机仿真模型的输入进行验证。
其中，所述步骤S3应用能流图及㶲流图的方式对燃气轮机仿真模型的输出结果进行能损分析。
燃气轮机的能流及㶲流计算可以看出燃气轮机部分能量的流动情况，了解燃气轮机的运行情况，同时能流㶲流分析可以了解燃气轮机各部分的能量损失情况，便于采取措施减少能量损耗，节省能源以达到我们的节能目的。能流分析主要是从能量守恒的角度来说，通过它可以看出每一部分可能的泄漏量、散热量，对于系统结构的改进意义不大，运行指导意义也不大，但是㶲流分析是从可用能的角度来说，它损失的多少，可以看出结构的合理性，就热力学来说，如果在一个系统中一个过程是可逆过程则它的损失为零，如果不是可逆过程则一定存在㶲损失，从损失来看如果损失越大则结构就越不合理，能量的利用率就越低。
本实施例中，所述敏度分析方法通过计算各指标参数对机组能效影响的大小，确定指标参数调整方向从而确定最优指标参数。通过对燃气轮机的性能指标及每个运行参数偏离基准值对性能的影响程度进行统计分析计算，在明确机组当前运行工况优劣的同时，指明改进的方向和上升空间。
本实施例中，确定指标参数调整方向后，对包含在调整方向内的指标参数进行安全性考核和经济考核，并将安全性考核和经济考核排序最高的指标参数作为最优的指标参数进行输出。
其中，需要进行安全性考核的指标参数为可能会对设备的正常运行和长期稳定运行造成影响的指标参数。比如透平进气温度，对燃机效率影响很大，但是又基于保护机组设备，又需要给该指标设置限值，不能为了追求最优的参数而对机组的寿命和使用造成影响。所以为了设备的安全性考虑，应当对设备在运行时设定超限考核。需要进行经济性考核的主要是与电厂运行过程中与能耗等经济参数相关的指标参数，包括透平排气温度、透平效率、压气机效率、水洗情况等。
本实施例中，所述燃气轮机仿真模型基于虚拟DPU技术建立。
本实施例中，所述燃气轮机仿真模型包括压气机特性模型、燃气透平模型、燃烧室模型、燃气轮机全工况模型：
（1）压气机特性模型的建立：包括压气机压比、压气机水洗前后参数变化、效率随流量、空气温度及IGV开度的变化关系等。
（2）燃气透平模型的建立：燃气透平膨胀比、效率随燃气流量、燃气初温的变化关系等。
（3）燃烧室模型的建立：燃烧器及相关设备。
（4）燃气轮机全工况模型：燃气轮机对应的环境温度、压力、湿度变化关系。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种燃气轮机实时能效寻优方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.依据燃气轮机的详细资料及历史指标参数，建立高精度的燃气轮机仿真模型；
S2.将燃气轮机实时的指标参数作为燃气轮机仿真模型的输入，并以此完成工况初始化后，实现在该工况的基础上进行仿真运行，并记录燃气轮机仿真模型的输出结果；
S3.基于燃气轮机仿真模型的输出结果进行能损分析，引入敏度分析方法来寻找有效减少能损的方法，从而确定最优的指标参数；
S4.将最优的指标参数作为燃气轮机仿真模型的输入进行验证。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机实时能效寻优方法，其特征在于：所述步骤S3应用能流图及㶲流图的方式对燃气轮机仿真模型的输出结果进行能损分析。
3.根据权利要求2所述的燃气轮机实时能效寻优方法，其特征在于：所述敏度分析方法通过计算各指标参数对机组能效影响的大小，确定指标参数调整方向从而确定最优指标参数。
4.根据权利要求3所述的燃气轮机实时能效寻优方法，其特征在于：所述步骤S3中，确定指标参数调整方向后，对包含在调整方向内的指标参数进行安全性考核和经济考核，并将安全性考核和经济考核排序最高的指标参数作为最优的指标参数进行输出。
5.根据权利要求1~4任一项所述的燃气轮机实时能效寻优方法，其特征在于：所述燃气轮机仿真模型基于虚拟DPU技术建立。
6.根据权利要求5所述的燃气轮机实时能效寻优方法，其特征在于：所述燃气轮机仿真模型包括压气机特性模型、燃气透平模型、燃烧室模型、燃气轮机全工况模型。
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