CN110080885B - 一种控制燃气轮机的方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种控制燃气轮机的方法、装置及存储介质，用于提高燃气轮机的可靠性。该方法包括：获取燃气轮机的第一测量值，若所述第一测量值大于第一预设阈值，则确定所述第一测量值与所述第一预设阈值的第一差值，基于第一比例‑积分‑微分PID传递函数以及所述第一差值，获得所述至少一个工作参数的第一目标修正量，基于所述第一目标修正量，调整所述第二PID传递函数中的PID参数的取值，获得第一取值，以使所述燃气轮机在所述第一取值的控制下，所述至少一个工作参数的第二测量值小于或等于所述第一预设阈值。

Description

一种控制燃气轮机的方法、装置及存储介质

技术领域

本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种控制燃气轮机的方法、装置及存储介质。

背景技术

燃气轮机要正常工作，需要燃气轮机控制的装置对燃气轮机进行控制。现有的燃气轮机控制的装置是指使燃气轮机适应各种运行工况的控制系统的总称，包括用于控制燃气轮机转速/功率的主控制器、限制保护控制器等。现有技术中一般采用比例-积分-微分控制(Proportional-integral-derivative，PID)控制器。

但是在现有控制燃气轮机的方法中，一般都是选用固定的PID参数来作为控制燃气轮机的装置的运行参数，但是某些情况下，燃气轮机的正常运行可能被外界干扰，那么现有的燃气轮机控制系统继续以固定的PID参数运行，可能导致燃气轮机出现异常情况。

发明内容

本申请实施例提供一种控制燃气轮机的方法、装置及存储介质，用于提高燃气轮机的可靠性。

本申请实施例提供的具体技术方案如下：

第一方面，提供一种控制燃气轮机的方法，包括：

获取燃气轮机的第一测量值，所述第一测量值为检测所述燃气轮机所获得至少一个工作参数的实际值，所述至少一个工作参数包括功率、燃气流量、转速、温度和压力中的一种或多种；

若所述第一测量值大于第一预设阈值，则确定所述第一测量值与所述第一预设阈值的第一差值，基于第一比例-积分-微分PID传递函数以及所述第一差值，获得所述至少一个工作参数的第一目标修正量；其中，所述第一PID传递函数中的PID参数的取值为固定值，所述PID参数包括比例参数、积分参数以及微分参数中的一种或多种，所述第一PID传递函数用于当所述第一测量值超出所述第一预设阈值时，输出能够用于调整第二PID传递函数的所述第一目标修正量；

基于所述第一目标修正量，调整所述第二PID传递函数中的PID参数的取值，获得第一取值，以使所述燃气轮机在所述第一取值的控制下，所述至少一个工作参数的第二测量值小于或等于所述第一预设阈值；其中，所述第二PID传递函数用于根据所述第一取值，输出用于调整所述燃气轮机的所述至少一个工作参数的控制量，以使所述燃气轮机根据所述控制量运行时，所述第二测量值小于或等于所述第一预设阈值。

在上述方案中，如果燃气轮机中有工作参数的测量值超出预设阈值，则根据第一测量值与预设阈值之间的第一差值，根据第一PID传递函数对第一差值进行PID运算，获得第一目标修正量，从而调整第二PID传递函数中的PID参数，从而避免燃气轮机的工作参数超出预设阈值，而出现燃气轮机事故情况等，提高了控制燃气轮机的可靠性。且，本方案中，提供了一种动态调节第二PID传递函数中的PID参数的方式，可以实现对燃气轮机的实时调整，提高控制燃气轮机的装置控制燃气轮机的灵活性。

在一种可能的设计中，基于第一比例-积分-微分PID传递函数以及所述第一差值，获得所述至少一个工作参数的第一目标修正量，包括：

确定所述至少一个工作参数中每个工作参数的第一测量值，与所述每个工作参数对应的第一预设阈值的至少一个第一差值；

基于第一PID传递函数以及所述至少一个第一差值，从而获得至少一个目标修正量；

确定所述至少一个目标修正量中最大的目标修正量为第一目标修正量。

在上述方案中，当燃气轮机中有多个工作参数的测量值都超出对应的第一预设阈值时，根据多个目标修正量中选出最大的目标修正量作为调节第一PID传递函数的依据，从而保证燃气轮机的各个工作参数的测量值均在合理范围内。相对于利用多个目标修正量来试调第一PID传递函数的方式，选择最大的目标修正量，可以在保证燃气轮机的可靠性的同时，尽量减少控制燃气轮机的装置的负担。

在一种可能的设计中，所述方法还包括：

若所述第一测量值小于或等于所述第一预设阈值，则确定所述第一测量值与第一理论值的第二差值；

基于所述第二PID传递函数以及所述第二差值，获得所述至少一个工作参数的第二目标修正量；

基于所述第二目标修正量，调整所述第二PID传递函数中的PID参数的取值，获得第二取值，以使所述燃气轮机在所述第二取值的控制下，所述燃气轮机的所述至少一个工作参数的第二测量值与所述至少一个工作参数的第二理论值的差值在预设范围内。

在上述方案中，如果燃气轮机的测量值没有超过预设阈值，可以根据反馈的测量值和理论值之间的第二差值，根据第二差值获得第二目标修正量，将第二目标修正量作为调整第二PID传递函数的依据，从而使得燃气轮机的测量值不断接近理论值，提高控制燃气轮机调节的精度。

在一种可能的设计中，基于第一比例-积分-微分PID传递函数以及所述第一差值，获得所述至少一个工作参数的第一目标修正量，包括：

确定所述第一差值是否大于预设差值；

若所述第一差值大于预设差值，则取消所述第一PID传递函数中的积分项，获得第一PD传递函数；

基于所述第一PD传递函数以及所述第一差值，获得第一目标修正量，以避免所述第一目标修正量超调。

在上述方案中，利用积分分离PID控制，实现对第一PID传递函数的抗积分饱和处理，减少第一PID传递函数的超调，增加控制燃气轮机的稳定性，进一步提高燃气轮机的工作的可靠性。

在一种可能的设计中，确定所述第一测量值与第一理论值的第二差值，包括：

获得所述第一测量值与第一理论值的差值；

根据惯性环节的传递函数，对所述第一测量值与第一理论值的差值进行调整，得到第二差值。

在上述方案中，考虑执行机构的惯性环节，根据执行机构的惯性环节的传递函数，对第一测量值与第一理论值的差值进行调整，从而得到更加符合燃气轮机实际运行情况的第二差值，相对于直接采用第一测量值与第一理论值的差值作为第二差值的方式，本方案中考虑了执行机构的延时，获得的第二差值更准确，从而提高了控制燃气轮机的精确度。

在一种可能的设计中，所述惯性环节的传递函数G_a(s)为：

其中，s表示为拉普拉斯变换的复变量。

在上述方案中，提供了一种更符合燃气轮机的执行机构的传递函数形式，使得控制燃气轮机的装置得到的第二目标修正量等更加准确。

第二方面，提供一种控制燃气轮机的装置，所述装置包括获取模块和处理模块，其中：

所述获取模块，用于获取燃气轮机的第一测量值，所述第一测量值为检测所述燃气轮机所获得至少一个工作参数的实际值，所述至少一个工作参数包括功率、燃气流量、转速、温度和压力中的一种或多种；

所述处理模块，用于若所述第一测量值大于第一预设阈值，则确定所述第一测量值与所述第一预设阈值的第一差值，基于第一比例-积分-微分PID传递函数以及所述第一差值，获得所述至少一个工作参数的第一目标修正量；其中，所述第一PID传递函数中的PID参数的取值为固定值，所述PID参数包括比例参数、积分参数以及微分参数中的一种或多种，所述第一PID传递函数用于当所述第一测量值超出所述第一预设阈值时，输出能够用于调整第二PID传递函数的所述第一目标修正量；

所述处理模块，还用于基于所述第一目标修正量，调整所述第二PID传递函数中的PID参数的取值，获得第一取值，以使所述燃气轮机在所述第一取值的控制下，所述至少一个工作参数的第二测量值小于或等于所述第一预设阈值；其中，所述第二PID传递函数用于根据所述第一取值，输出用于调整所述燃气轮机的所述至少一个工作参数的控制量，以使所述燃气轮机根据所述控制量运行时，所述第二测量值小于或等于所述第一预设阈值。

在一种可能的设计中，所述处理模块具体用于：

确定所述至少一个工作参数中每个工作参数的第一测量值，与所述每个工作参数对应的第一预设阈值的至少一个第一差值；

基于第一PID传递函数以及所述至少一个第一差值，从而获得至少一个目标修正量；

确定所述至少一个目标修正量中最大的目标修正量为第一目标修正量。

在一种可能的设计中，所述处理模块还用于：

若所述第一测量值小于或等于所述第一预设阈值，则确定所述第一测量值与第一理论值的第二差值；

基于所述第二PID传递函数以及所述第二差值，获得所述至少一个工作参数的第二目标修正量；

基于所述第二目标修正量，调整所述第二PID传递函数中的PID参数的取值，获得第二取值，以使所述燃气轮机在所述第二取值的控制下，所述燃气轮机的所述至少一个工作参数的第二测量值与所述至少一个工作参数的第二理论值的差值在预设范围内。

在一种可能的设计中，所述处理模块还用于：

确定所述第一差值是否大于预设差值；

若所述第一差值大于预设差值，则取消所述第一PID传递函数中的积分项，获得第一PD传递函数；

基于所述第一PD传递函数以及所述第一差值，获得第一目标修正量，以避免所述第一目标修正量超调。

在一种可能的设计中，所述处理模块具体用于：

获得所述第一测量值与第一理论值的差值；

根据惯性环节的传递函数，对所述第一测量值与第一理论值的差值进行调整，得到第二差值。

在一种可能的设计中，所述惯性环节的传递函数G_a(s)为：

其中，s表示为拉普拉斯变换的复变量。

第三方面，提供一种控制燃气轮机的装置，包括：

至少一个处理器，以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；

其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述至少一个处理器通过执行所述存储器存储的指令实现如第一方面中任一项所述的方法。

第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行如第一方面中任一项所述的方法。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种控制燃气轮机的方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的一种控制燃气轮机的控制原理图；

图3为本申请实施例提供的一种第二PID控制单元的结构图；

图4为本申请实施例提供的一种第一PID控制单元的结构图；

图5为本申请实施例提供的图4中的第一PID控制单元的控制原理图；

图6为本申请实施例提供的一种第一PID控制单元的结构图；

图7为本申请实施例提供的第一PID控制单元中的抗积分饱和模块的结构图；

图8为本申请实施例提供的一种控制燃气轮机的方法的流程图；

图9为本申请实施例提供的一种执行结构的结构图；

图10为本申请实施例提供的基于控制燃气轮机的方法的控制燃气轮机获得的燃气轮机的转速的测量值与转速的理论值的对比图；

图11为本申请实施例提供的基于控制燃气轮机的方法控制燃气轮机获得的燃气轮机的涡轮出口温度的测量值变化图；

图12为本申请实施例提供的基于控制燃气轮机的方法控制燃气轮机获得的燃气轮机的燃烧室效率的测量值变化图；

图13为本申请实施例提供的基于控制燃气轮机的方法控制燃气轮机获得的燃气轮机的涡轮输出功的测量值与涡轮输出功的理论值的对比图；

图14为本申请实施例提供的基于控制燃气轮机的方法控制燃气轮机获得的燃气轮机的燃气流量的测量值变化图；

图15为本申请实施例提供的基于控制燃气轮机的方法控制燃气轮机获得的燃气轮机的负载所需功的测量值与涡轮所需功的理论值的对比图；

图16为本申请实施例提供的一种控制燃气轮机的装置的结构图；

图17为本申请实施例提供的一种控制燃气轮机的装置的结构图。

具体实施方式

为了更好的理解本申请实施例提供的技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式进行详细的说明。

为了便于更好地理解本申请的技术方案，下面先对本申请实施例涉及到的专业名词进行介绍。

1)PID控制器，由比例模块、积分模块和微分模块组成，通过设定比例参数Kp，积分参数Ti(也可以表示为ki)和微分参数Td(也可以表示为kd)三个参数，实现对控制目标的控制。

为了提高控制燃气轮机的可靠性，本申请实施例提供一种控制燃气轮机的方法，请参照图1，本申请实施例中的控制燃气轮机的方法包括以下步骤：

步骤101，获取燃气轮机的第一测量值；

步骤102，若第一测量值大于第一预设阈值，则确定第一测量值与第一预设阈值的第一差值，基于第一比例-积分-微分PID传递函数以及第一差值，获得至少一个工作参数的第一目标修正量；

步骤103，基于第一目标修正量，调整第二PID传递函数中的PID参数的取值，获得第一取值，以使燃气轮机在第一取值的控制下，至少一个工作参数的第二测量值小于或等于第一预设阈值。

该方法由控制燃气轮机的装置来执行。燃气轮机一般包括压气机、燃烧室、涡轮。压气机用于对空气进行压缩。燃烧室用于空气与燃料的混合，且为涡轮的运动提供动力。控制燃气轮机的装置可以通过PID控制单元、执行机构以及传感器来实现。PID控制单元中可以包括一个或多个PID控制器。传感器例如，设置在燃气轮机中的温度传感器、压力传感器、功率传感器、转速传感器以及加速度传感器等。

请参照图2，图2为本申请实施例中控制燃气轮机的方法原理图。本申请实施例中的控制燃气轮机的装置包括前向通道中的第二PID控制单元和执行机构，反馈通道中的传感器，前馈通道中的第一PID控制单元。第一PID控制单元对应第一PID传递函数，也就是说，第一PID传递函数可以理解为第一PID控制单元的仿真模型。第二PID控制单元对应第二PID传递函数，也就是说第二PID传递函数可以理解为第二PID控制单元的仿真模型。

其中，第一PID传递函数用于当第一测量值超出第一预设阈值时，输出能够用于调整第二PID传递函数的第一目标修正量。

第二PID传递函数用于根据第一取值，输出用于调整燃气轮机的至少一个工作参数的控制量，以使燃气轮机根据控制量运行时，第二测量值小于或等于第一预设阈值。且，第二PID传递函数还用于根据第一测量值与第一理论值之间的第二差值，输出用于调整燃气轮机的至少一个工作参数的控制量，以使燃气轮机根据控制量运行时，第二测量值与第二理论值的差值在预设范围内。

下面结合图2，对本申请实施例中的控制燃气轮机的方法的原理进行说明。控制燃气轮机的装置对燃气轮机的控制过程具体分为两种情况。

第一种情况，控制燃气轮机的装置确定第一测量值(Yn)大于第一预设阈值(Ynmax)时，前馈通道启动，确定第一测量值与第一预设阈值的第一差值，第一PID控制单元基于第一PID传递函数和根据第一差值，获得第一目标修正量，第二PID控制单元根据第一目标修正量对第二PID传递函数中的PID参数进行调整。

第二种情况，控制燃气轮机的装置确定第一测量值小于或等于第一预设阈值时，反馈通道启动，第二PID控制单元基于第二PID传递函数和根据第二差值，获得第一目标修正量，确定第一测量值与第一理论值的第二差值，根据第二差值对第二PID传递函数中的PID参数进行调整。

应当说明的是，第一PID控制单元可以包括一个或多个限制保护控制器，限制保护控制器例如，温度限制保护控制器、压力限制保护控制器或功率限制保护控制器。图2是以限制保护控制器包括温度限制保护控制器和压力限制保护控制器为例，但是实际上不限制保护控制器的个数。

下面结合图1和图2，对控制燃气轮机的装置对燃气轮机的控制过程中的第一种情况进行说明。

控制燃气轮机的装置要实现对燃气轮机进行控制，需要先确定燃气轮机当前的工作状态，那么控制燃气轮机的装置先执行步骤101，即确定获取燃气轮机的第一测量值。

其中，第一测量值为检测燃气轮机所获得至少一个工作参数的实际输出值，至少一个工作参数包括燃气轮机的功率、燃气流量、转速、温度、压力中的一种或几种。功率例如，涡轮输出功率或负载功率。温度例如，涡轮出口温度。转速例如，涡轮转速。第一测量值例如，燃气轮机中的涡轮出口温度为360℃。

具体来说，控制燃气轮机的装置包括传感器，传感器可以实时测量燃气轮机的至少一个工作参数，从而获得燃气轮机的至少一个工作参数的第一测量值。如果至少一个工作参数只包括一个工作参数，那么该工作参数对应的测量值就是第一测量值。如果多个工作参数，那么就会获得多个工作参数中每个工作参数对应的一个测量值，从而可以获得多个第一测量值。

控制燃气轮机的装置在执行步骤101之后，执行步骤102，即若第一测量值大于第一预设阈值，则确定第一测量值与第一预设阈值的第一差值，基于第一比例-积分-微分PID传递函数以及第一差值，获得至少一个工作参数的第一目标修正量。

其中，第一预设阈值为预先设置的值。如果有多个第一测量值，那么对应的多个参数的每个参数都会有对应的预设阈值，从而就有多个第一预设阈值。不同的工作参数对应的第一预设阈值的大小可以是相同，也可以是不同的。如果只有一个第一测量值，对应获得一个第一差值。如果有多个第一测量值，那么对应就可以获得多个第一差值。

具体来说，基于第一PID传递函数以及第一差值，获得至少一个工作参数的第一目标修正量，可以理解为将第一差值代入第一PID传递函数中，或者也可以理解为对第一差值进行第一PID运算。控制燃气轮机的装置会基于第一PID传递函数和第一差值，那么控制燃气轮机的装置从而可以获得一个或多个目标修正量。如果只有一个目标修正量，则该目标修正量为第一目标修正量。如果有多个目标修正量，可以选取最大的目标修正量为第一目标修正量。目标修正量越大，则说明该目标修正量对应的工作参数超出预设阈值的部分最大，以最大的目标修正量为第一目标修正量，能够保证后期该工作参数不超预设阈值，由于该工作参数超出预设阈值的部分最大，自然也就能保证其它工作参数不超预设阈值，从而保证燃气轮机的安全运行。

下面对基于第一PID传递函数以及第一差值，获得至少一个工作参数的第一目标修正量的方式进行具体说明。

第一PID传递函数可以表示为：

其中，在本申请实施例中，u(t)表示目标修正量，e(t)表示第一差值，Kp表示比例参数，Ti表示积分参数，Td表示微分参数。

由于第一PID控制单元中每个限制保护控制器对应的Kp、Ti以及Td一般为固定值，因此，在获得第一差值之后，就可以根据上式计算出目标修正量。

如果第一PID控制单元包括多个限制保护控制器，多个限制保护器中每两个限制保护控制器的Kp、Ti以及Td不一定都相同。在计算每个限制保护控制器的目标修正量的时候，会根据每个工作参数对应的限制保护控制器的PID参数对第一差值进行PID运算，从而获得每个限制保护控制器对应的多个目标修正量。从而选择多个目标修正量中最大的目标修正量为第一目标修正量。

在控制燃气轮机的装置执行步骤102之后，执行步骤103，即基于第一目标修正量，调整第二PID传递函数中的PID参数的取值，获得第一取值，以使燃气轮机在第一取值的控制下，至少一个工作参数的第二测量值小于或等于第一预设阈值。

其中，PID参数包括比例参数、积分参数以及微分参数中的一种或几种。比例参数包括比例系数，积分参数包括积分时间，微分参数包括微分时间。第二测量值是指在对第二PID传递函数的PID参数调节之后，获得的燃气轮机的至少一个工作参数的测量值。

调整第二PID控制单元的PID参数中的不同的参数，对燃气轮机有不同的影响。

例如，增大PID参数中的比例系数使系统反应灵敏，调节速度加快，并且可以减小稳态误差。但是比例系数过大会使超调量增大，振荡次数增加，调节时间加长，动态性能变坏，比例系数太大甚至会使燃气轮机不稳定。

如果积分作用太强(即积分时间太小)，累积的作用会使燃气轮机输出的动态性能变差，超调量增大，甚至使燃气轮机不稳定。积分作用太弱(即积分时间太大)，则消除稳态误差的速度太慢，积分时间的值应取得适中。

微分时间与微分作用的强弱成正比，如果微分时间越大，微分作用越强。但是微分时间取值太大，在误差快速变化时，对燃气轮机可能造成干扰。

因此，在调整PID参数的时候，需要根据实际情况，选择需要调整的PID参数。调整第二PID控制单元的PID参数的方法有很多种，下面进行示例说明。

一种调整第二PID控制单元的PID参数的方式为：

根据对应关系，获得第一目标修正量对应的第二PID控制单元的PID参数的第一取值，从而将第二PID控制单元的PID参数的取值修改为该第一PID控制单元的PID参数的第一取值，实现对第二PID控制单元的PID参数的调整。

具体来说，控制燃气轮机的装置预先存储有不同的目标修正量与不同的PID参数的取值之间的对应关系，控制燃气轮机的装置在获得第一目标修正量之后，可以根据第一目标修正量，从该对应关系中获得与第一目标修正量对应的PID参数的第一取值，将第二PID控制单元中当前运行的PID参数的取值修改为第一取值，从而实现对第二PID控制单元的PID参数的调整。

一种调整第二PID控制单元的PID参数的方式为：

对第二PID控制单元的PID参数试调，直到第二PID控制单元以该PID参数运行时，燃气轮机的至少一个工作参数的第二测量值小于或等于第一预设阈值。

在调整第二PID控制单元的PID参数之后，第二PID控制单元就可以输出合理的控制信号，执行机构根据该控制信号，调整执行机构的输出参数，从而调整燃气轮机的工作参数的测量值。执行机构是指从控制器发出控制指令的端口到真正作用于通路中燃气调节器等部件的统称。执行机构例如，设置在燃气轮机中的阀门等。

本申请实施例中，当控制燃气轮机的装置确定第一测量值大于第一预设阈值时，则获得第一测量值与第一预设阈值之间的第一差值，基于该第一差值对第二PID控制单元的PID参数进行调节，从而避免燃气轮机中的其它参数超出预设阈值，保证了燃气轮机的可靠性。

例如，请参照图3，图3为第二PID控制单元的结构示意图。图3中In1和In3表示第二PID控制单元的输入。图3中的compare表示比较器，Product1表示乘积运算，derivative表示微分元素，divide表示比例运算，integrator表示积分运算。请参照图4，图4为第一PID控制单元的一种示例，具体是温度限制保护控制器的结构图。当第一测量值超过第一预设阈值(limitation)的时候，温度限制保护控制器有输出。

请参照图5，图5表示第一PID控制单元中的限制保护器的工作原理。例如限制保护控制以温度限制保护控制器为例，温度限制保护控制器的第一预设阈值为650℃，当检测到燃气轮机的涡轮出口温度大于650℃时，温度限制保护控制器基于第一PID传递函数对第一差值进行PID运算，得到需要减少的燃气流量。该需要减少的燃气流量也就是第一目标修正值的一种示例。根据该需要减少的燃气流量调整第二PID控制单元的PID参数，从而使得燃气轮机的工作参数的测量值小于预设阈值。

或者例如图6，图6中限制保护控制以燃气流量限制保护控制器为例。图6中的saturation表示燃气流量限制值。图6对工作参数的测量值的变化速率等进行限制，以避免工作参数发生异常。

在第一种情况下，第一PID控制单元中可能出现积分饱和现象。积分饱和现象是指误差有大幅变化(例如大幅增加)，第一PID控制单元因为误差的大幅增加有很大的累计量，因此造成过冲。当误差变为负时，其过冲仍维持一段时间之后才恢复正常的情形。在积分饱和现象出现的情况下，可能导致控制燃气轮机的装置出现大幅度超调，控制燃气轮机的装置不稳定，进而导致燃气轮机出现故障。

因此，为了避免积分饱和现象，本申请实施例中，当第一差值大于预设差值时，对第一PID控制单元进行抗积分饱和处理。

具体来说，抗积分饱和处理以积分分离PID控制为例。积分分离PID控制是指当第一差值大于预设差值时，第一PID控制单元采用PD控制，以消除静态误差，保证控制燃气轮机的装置的稳定性。也就是说，当第一差值大于预设差值时，取消第一PID控制单元中的积分运算，也就是取消第一PID传递函数中的积分项，获得第一PD传递函数，根据第一PD传递函数，对第一差值进行计算，得到第一目标修正量。抗积分饱和处理还可以采用限制第一PID控制单元的输出法或遇限削弱积分法。

本申请实施例中，对第一PID控制单元进行抗积分饱和处理，从而避免积分运算使控制燃气轮机的装置的超调继续增大。

例如，请参照图7，图7表示第一PID控制单元中的抗积分保护模块的结构图。以预设差值为5为例，当第一差值大于5的时候，第一PID控制单元不对第一差值进行积分运算，实现抗积分饱和处理。

下面结合图1和图8，对控制燃气轮机的装置的第二种情况进行说明。

控制燃气轮机的装置进行第二种控制的流程如下：

步骤101，获取燃气轮机至少一个工作参数的第一测量值；

步骤801，若第一测量值小于或等于第一预设阈值，则确定第一测量值与第一理论值的第二差值；

步骤802，基于第二PID传递函数以及第二差值，获得至少一个工作参数的第二目标修正量；

步骤803，基于第二目标修正量，调整第二PID传递函数中的PID参数的取值，获得第二取值，以使燃气轮机在第二取值的控制下，燃气轮机的至少一个工作参数的第二测量值与至少一个工作参数的第二理论值的差值在预设范围内。

控制燃气轮机的装置进行第二种控制情况中，同样先执行步骤101，步骤101的内容可以参照前文图1中论述的内容，此处不再赘述。

控制燃气轮机的装置在执行步骤101之后，执行步骤801，即若第一测量值小于或等于第一预设阈值，则确定第一测量值与第一理论值的第二差值。

其中，第一理论值是指燃气轮机在当前时间的至少一个工作参数的期望值，例如燃气轮机的涡轮出口计划温度为380℃。第一差值可以理解为第一测量值与第一理论值之间的真实误差值。

一种确定第一测量值与第一理论值的第二差值的方式为：

第一测量值减去第一理论值，从而获得第二差值。

由于控制燃气轮机的装置中的第二PID控制单元发出控制指令，到执行机构根据控制指令调节燃气轮机过程中，存在一定的时间延迟，该延迟可以以惯性环节的传递函数进行表示。

因此，考虑到执行机构的惯性环节，一种确定第二差值的方式为：

根据惯性环节的传递函数，对控制燃气轮机的第一测量值与第一理论值的差值进行调整，获得第二差值。

具体来说，请参照图9，执行机构的惯性环节的传递函数表示为：

在不考虑惯性环节时，第二PID控制单元的输出的传递函数一般表示为：

其中，u(t)表示第一PID控制单元的输出的控制变量，e(t)为第一测量值与第一理论值的差值，Kp为比例参数，Ti为积分参数，Td表示微分参数。

将第二PID控制单元的输出的传递函数经过拉普拉斯变换之后，得到如下表达式：

K1(s)＝K_p(1+T_i/s+T_ds)

在考虑惯性环节的基础上，可以将第二PID控制单元的传递函数表示为：

K2(s)＝K_p(1+T_i/s+T_ds)*Ga(s)

在考虑执行机构的惯性环节的基础上，获得的第二PID控制单元的传递函更加准确，从而可以对实际值与测量值之间的差值进行调整，从而可以获得更加准确的第二差值。燃气轮机在初始状态时可暂时理解为含有一定的初始燃气流量的，因此，第二PID控制单元积分环节的初始值可以取0.008687。

控制燃气轮机的装置在执行步骤801之后，执行步骤802，即基于第二PID传递函数以及第二差值，获得至少一个工作参数的第二目标修正量。

具体来说，获得第二目标修正量的方式，可以参照前文论述的获取第一目标修正量的方式的内容，此处不再赘述。第二目标修正量与前文中的第一目标修正量的大小可能是相同的，也可能是不同的。

在执行步骤802之后，控制燃气轮机的装置执行步骤803，即基于第二目标修正量，调整第二PID传递函数中的PID参数的取值，获得第二取值，以使燃气轮机在第二取值的控制下，燃气轮机的至少一个工作参数的第二测量值与至少一个工作参数的第二理论值的差值在预设范围内。

具体来说，基于第二目标修正量，调整第二PID控制单元的方式可以参照前文论述的基于第一目标修正量调整第二PID控制单元的方式的内容，此处不再赘述。根据第二目标修正量，调整第二PID控制单元的PID参数，从而使得燃气轮机的至少一个工作参数的第二测量值与至少一个工作参数的第二理论值的差值在预设范围内。第二理论值、第二测量值可以参照前文论述的内容，此处不再赘述。

基于前文论述的一种控制燃气轮机的方法，本申请实施例采用上述方法对燃气轮机进行控制，得到燃气轮机各个工作参数的变化情况。

具体来说，发电燃气轮机初始状态为转速40000r/min，且能够保持稳定。第23.5秒开始加速，加速轨迹选取的是某一次加速的实际试验数据，大约在150秒左右能够达到最大转速；当转速达到50000r/min，即第100秒时刻开始加载，负载从初始的0kW达到295秒的136.85kW；最后维持本状态不变。

请参照图10，可以看到跟踪转速(也就是转速的测量值)的变化曲线与计划转速(也就是转速的理论值)的变化曲线基本一致，说明控制燃气轮机的方法达到了很好的控制效果。

请参照图11，可以看出涡轮出口温度(也就是涡轮出口温度的测量值)在转速稳定的情况下，能够快速地达到稳定，且没有超过涡轮温度的第一预设阈值。

请参照图12，可以看到燃烧室的燃烧效率较高。

请参照图13，涡轮输出功(也就是涡轮输出功的测量值)和涡轮实际输出功(也就是涡轮输出功减去压气机功率、摩擦损耗等获得的测量值)的曲线变化趋势相同，可以看到燃气轮机在0～23.5s内，保持稳态运行。此时涡轮的压气机功率、摩擦等损耗的功率平衡。

请参照图14，可以看出燃气流量与图13中的涡轮输出功正相关。

请参照图15，在0～23.5s内，实际输出功为零，在23.5s～100s内，转子速度加速上升，此时实际轴输出功率大于0，产生剩余功率使得转速上升。100s～150s内，实际输出功率略高于负载功，150s之后，实际输出功与负载功一致。

综合上述分析，可以看出该控制燃气轮机的装置控制燃气轮机的工作参数获得的测量值较为合理，并未出现巨幅抖动，且未出现超温、超转速等情况。

可见，本申请实施例提供的控制燃气轮机的方法能够较好地实现燃气轮机的转速控制和功率控制的功能。

基于前文论述的一种控制燃气轮机的方法，本申请实施例提供一种控制燃气轮机的装置，请参照图16，装置包括获取模块1601和处理模块1602，其中：

获取模块1601，用于获取燃气轮机的第一测量值，第一测量值为检测燃气轮机所获得至少一个工作参数的实际值，至少一个工作参数包括功率、燃气流量、转速、温度和压力中的一种或多种；

处理模块1602，用于若第一测量值大于第一预设阈值，则确定第一测量值与第一预设阈值的第一差值，基于第一比例-积分-微分PID传递函数以及第一差值，获得至少一个工作参数的第一目标修正量；其中，第一PID传递函数中的PID参数的取值为固定值，PID参数包括比例参数、积分参数以及微分参数中的一种或多种，第一PID传递函数用于当第一测量值超出第一预设阈值时，输出能够用于调整第二PID传递函数的第一目标修正量；

处理模块1602，还用于基于第一目标修正量，调整第二PID传递函数中的PID参数的取值，获得第一取值，以使燃气轮机在第一取值的控制下，至少一个工作参数的第二测量值小于或等于第一预设阈值；其中，第二PID传递函数用于根据第一取值，输出用于调整燃气轮机的至少一个工作参数的控制量，以使燃气轮机根据控制量运行时，第二测量值小于或等于第一预设阈值。

在一种可能的设计中，处理模块1602具体用于：

确定至少一个工作参数中每个工作参数的第一测量值，与每个工作参数对应的第一预设阈值的至少一个第一差值；

基于第一PID传递函数以及至少一个第一差值，从而获得至少一个目标修正量；

确定至少一个目标修正量中最大的目标修正量为第一目标修正量。

在一种可能的设计中，处理模块1602还用于：

若第一测量值小于或等于第一预设阈值，则确定第一测量值与第一理论值的第二差值；

基于第二PID传递函数以及第二差值，获得至少一个工作参数的第二目标修正量；

基于第二目标修正量，调整第二PID传递函数中的PID参数的取值，获得第二取值，以使燃气轮机在第二取值的控制下，燃气轮机的至少一个工作参数的第二测量值与至少一个工作参数的第二理论值的差值在预设范围内。

在一种可能的设计中，处理模块1602还用于：

确定第一差值是否大于预设差值；

若第一差值大于预设差值，则取消第一PID传递函数中的积分项，获得第一PD传递函数；

基于第一PD传递函数以及第一差值，获得第一目标修正量，以避免第一目标修正量超调。

在一种可能的设计中，处理模块1602具体用于：

获得第一测量值与第一理论值的差值；

根据惯性环节的传递函数，对第一测量值与第一理论值的差值进行调整，得到第二差值。

在一种可能的设计中，惯性环节的传递函数G_a(s)为：

其中，s表示为拉普拉斯变换的复变量。

基于前文论述的一种控制燃气轮机的方法，本申请实施例提供一种控制燃气轮机的装置，请参照图17，该装置包括：

至少一个处理器1701，以及

与至少一个处理器1701通信连接的存储器1702；

其中，存储器1702存储有可被至少一个处理器1701执行的指令，至少一个处理器1701通过执行存储器1702存储的指令实现如图1或图8中所述的方法。

图17中是以一个处理器1701为例，但是实际上不限制处理器1701的数量。

作为一种实施例，图16中的处理模块1602可以通过图17中的处理器1701实现。

基于前文论述的一种控制燃气轮机的方法，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质存储有计算机指令，当计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行如图1或图8中所述的方法。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请实施例进行各种改动和变型而不脱离本申请实施例的精神和范围。这样，倘若本申请实施例的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种控制燃气轮机的方法，其特征在于，包括：

获取燃气轮机的第一测量值，所述第一测量值为检测所述燃气轮机所获得至少一个工作参数的实际值，所述至少一个工作参数包括功率、燃气流量、转速、温度和压力中的一种或多种；

若所述第一测量值大于第一预设阈值，则确定所述第一测量值与所述第一预设阈值的第一差值，基于第一比例-积分-微分PID传递函数以及所述第一差值，获得所述至少一个工作参数的第一目标修正量；其中，所述第一PID传递函数中的PID参数的取值为固定值，所述PID参数包括比例参数、积分参数以及微分参数中的一种或多种，所述第一PID传递函数用于当所述第一测量值超出所述第一预设阈值时，输出能够用于调整第二PID传递函数的所述第一目标修正量；

基于所述第一目标修正量，调整所述第二PID传递函数中的PID参数的取值，获得第一取值，以使所述燃气轮机在所述第一取值的控制下，所述至少一个工作参数的第二测量值小于或等于所述第一预设阈值；其中，所述第二PID传递函数用于根据所述第一取值，输出用于调整所述燃气轮机的所述至少一个工作参数的控制量，以使所述燃气轮机根据所述控制量运行时，所述第二测量值小于或等于所述第一预设阈值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于第一比例-积分-微分PID传递函数以及所述第一差值，获得所述至少一个工作参数的第一目标修正量，包括：

确定所述至少一个工作参数中每个工作参数的第一测量值与所述每个工作参数对应的第一预设阈值之间的至少一个第一差值；

基于第一PID传递函数以及所述至少一个第一差值，从而获得至少一个目标修正量；

确定所述至少一个目标修正量中最大的目标修正量为第一目标修正量。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若所述第一测量值小于或等于所述第一预设阈值，则确定所述第一测量值与第一理论值的第二差值；

基于所述第二PID传递函数以及所述第二差值，获得所述至少一个工作参数的第二目标修正量；

基于所述第二目标修正量，调整所述第二PID传递函数中的PID参数的取值，获得第二取值，以使所述燃气轮机在所述第二取值的控制下，所述燃气轮机的所述至少一个工作参数的第二测量值与所述至少一个工作参数的第二理论值的差值在预设范围内。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，基于第一比例-积分-微分PID传递函数以及所述第一差值，获得所述至少一个工作参数的第一目标修正量，包括：

确定所述第一差值是否大于预设差值；

若所述第一差值大于预设差值，则取消所述第一PID传递函数中的积分项，获得第一PD传递函数；

基于所述第一PD传递函数以及所述第一差值，获得第一目标修正量，以避免所述第一目标修正量超调。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，确定所述第一测量值与第一理论值的第二差值，包括：

获得所述第一测量值与第一理论值的差值；

根据惯性环节的传递函数，对所述第一测量值与第一理论值的差值进行调整，得到第二差值。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述惯性环节的传递函数G_a(s)为：

其中，s表示为拉普拉斯变换的复变量。

7.一种控制燃气轮机的装置，其特征在于，所述装置包括获取模块和处理模块，其中：

所述获取模块，用于获取燃气轮机的第一测量值，所述第一测量值为检测所述燃气轮机所获得至少一个工作参数的实际值，所述至少一个工作参数包括功率、燃气流量、转速、温度和压力中的一种或多种；

所述处理模块，用于若所述第一测量值大于第一预设阈值，则确定所述第一测量值与所述第一预设阈值的第一差值，基于第一比例-积分-微分PID传递函数以及所述第一差值，获得所述至少一个工作参数的第一目标修正量；其中，所述第一PID传递函数中的PID参数的取值为固定值，所述PID参数包括比例参数、积分参数以及微分参数中的一种或多种，所述第一PID传递函数用于当所述第一测量值超出所述第一预设阈值时，输出能够用于调整第二PID传递函数的所述第一目标修正量；

所述处理模块，还用于基于所述第一目标修正量，调整所述第二PID传递函数中的PID参数的取值，获得第一取值，以使所述燃气轮机在所述第一取值的控制下，所述至少一个工作参数的第二测量值小于或等于所述第一预设阈值；其中，所述第二PID传递函数用于根据所述第一取值，输出用于调整所述燃气轮机的所述至少一个工作参数的控制量，以使所述燃气轮机根据所述控制量运行时，所述第二测量值小于或等于所述第一预设阈值。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述处理模块具体用于：

确定所述至少一个工作参数中每个工作参数的第一测量值与所述每个工作参数对应的第一预设阈值之间的至少一个第一差值；

基于第一PID传递函数以及所述至少一个第一差值，从而获得至少一个目标修正量；

确定所述至少一个目标修正量中最大的目标修正量为第一目标修正量。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述处理模块还用于：

若所述第一测量值小于或等于所述第一预设阈值，则确定所述第一测量值与第一理论值的第二差值；

基于所述第二PID传递函数以及所述第二差值，获得所述至少一个工作参数的第二目标修正量；

基于所述第二目标修正量，调整所述第二PID传递函数中的PID参数的取值，获得第二取值，以使所述燃气轮机在所述第二取值的控制下，所述燃气轮机的所述至少一个工作参数的第二测量值与所述至少一个工作参数的第二理论值的差值在预设范围内。

10.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述处理模块还用于：

确定所述第一差值是否大于预设差值；

若所述第一差值大于预设差值，则取消所述第一PID传递函数中的积分项，获得第一PD传递函数；

基于所述第一PD传递函数以及所述第一差值，获得第一目标修正量，以避免所述第一目标修正量超调。

11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述处理模块具体用于：

获得所述第一测量值与第一理论值的差值；

根据惯性环节的传递函数，对所述第一测量值与第一理论值的差值进行调整，得到第二差值。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述惯性环节的传递函数G_a(s)为：

其中，s表示为拉普拉斯变换的复变量。

13.一种控制燃气轮机的装置，其特征在于，包括：

至少一个处理器，以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；

其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述至少一个处理器通过执行所述存储器存储的指令实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。

14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。

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